A História do Átomo:
de Demócrito ao Primeiro Reator [1,2]
Jader Benuzzi Martins
O Laboratório de Rutherford
Prefácio
O Atomismo Grego
O Século XIX
O Início da Radioatividade
As Origens da Mecânica Quântica
A Nova Mecânica Quântica
O Nêutron
A Fissão
O Primeiro Reator
Referências Bibliográficas
Prefácio
Recebi com grande satisfação o convite da Academia de Ciências de São Paulo para me associar às homenagens prestadas ao Professor Marcello Damy de Souza Santos.
É importante salientar a atuação científica do Professor Marcello Damy nos campos da Ciência Fundamental e Aplicada. No exercício de relevantes cargos, seu espírito de liderança sempre contribuiu para o desenvolvimento da Física em nosso país.
Este modesto trabalho constitui uma pequena homenagem do autor ao professor Damy.
O Atomismo Grego
A teoria atomística começou a ser edificada por volta do quinto século antes de Cristo pelos filósofos gregos Leucipo e Demócrito. [3]
Demócrito afirma na sua teoria Atomística que o universo tem uma constituição elementar única que é o átomo, partícula invisível, indivisível, impenetrável e animada de movimento próprio. As vibrações dos átomos provocam todas as nossas sensações. Lito Lucrécio, célebre poeta romano (95-52 A.C.), reproduziu em poemas as idéias de Demócrito expostas no livro "De Rerum Natura", muito divulgado no Renascimento. [4]
O Século XIX
Estas idéias, por serem muito avançadas para a época, somente foram retomadas no início do século XIX pelos pesquisadores no campo da Química. Para explicar as leis ponderais da Química, Dalton propôs em 1803 uma hipótese atômica apresentada no livro "A new system of chemical philosophy".[4a]
Com a finalidade de interpretar as leis volumétricas de Gay-Lussac (1805-1908), Amadeu Avogadro, Conde de Quaregna e Cerreto, [4b] professor de Física em Turim, expôs em 1811 a hipótese da existência de moléculas que constituem um agrupamento de átomos.
Após o ano de 1834, a interpretação das leis da eletrólise de Michael Faraday permitiu que se concluísse que os átomos transportavam carga elétrica. Esta carga elétrica foi denominada por Stoney electron, nome grego dado ao âmbar amarelo; pois este, quando friccionado, tem a propriedade de atrair corpos leves, o que conduziu à descoberta de efeitos eletrostáticos.
Após os trabalhos de Faraday e Stoney foi grande a procura da carga elementar, isto é, da menor carga que poderia ser transportada na eletrólise. Em 1887 Joseph John Thomson no Cavendish Laboratory, em Cambridge, confirmou a existência do elétron utilizando um tubo de raios catódicos (tubo de Crookes) e determinou a relação entre a carga e a massa desta partícula.
J.J. Thomson dividiu com Lorentz a honra de haver iniciado o estudo do elétron, tendo recebido o Prêmio Nobel em 1906. Assim descreve ele sua descoberta:
J.J. Thomson [5]
"Could anything at first sight seem more impractical than a body which could only exist in vessels from which all but a minute fraction of the air had been extracted, which is so small that its mass is an insignificant fraction of the mass of an atom of hydrogen, which itself is so small that a crowd of these atoms equal in number to the population of the whole world would be too small to have been detected by any means then known to science."
Posteriormente Robert A. Millikan, físico americano da Universidade de Chicago, trabalhou durante nove anos (1909-1917) na determinação da carga do elétron na sua célebre experiência da gota de óleo.
Devemos destacar também no desenvolvimento da Física Atômica as descobertas do Raio X e da Radioatividade. Wilhelm Roentgen (1845-1923), cientista alemão, fazendo experiências com raios catódicos descobriu acidentalmente em 1895 um tipo de radiação que atravessa corpos opacos, apesar de ser em parte por eles absorvida. Como era de natureza desconhecida, foi denominada de radiação X, ou Raios X. Henri Poincaré apresentou, em 1896, à Academia de Ciências de Paris e publicou na "Revue Génerale des Sciences" os resultados destes estudos.
O Início da Radioatividade
Henri Becquerel (1852-1908), entusiasmado com a apresentação de Poincaré, intensificou seus estudos sobre materiais fosforescentes e fluorescentes. No mesmo ano de 1896 Becquerel estabeleceu a partir de seus trabalhos que os sais de urânio emitiam radiação análoga às do raio X e que impressionavam chapas fotográficas. As radiações de Becquerel foram estudadas também por Kelvin, Beatle, Smoluchwski, Elster, Geitel, Schmidt e o célebre casal Curie (Pierre Curie [1859-1906] e Maria Slodowska Curie [1867-1934] ). Em 1898 Madame Curie, em Paris, descobriu, ao mesmo tempo que Schmidt na Alemanha, que entre os elementos conhecidos, o tório apresentava características radioativas semelhantes às do urânio. Ajudados por Bemont, separaram quimicamente vários elementos radioativos e descobriram, em 18 de julho de 1898, o polônio, nome dado em homenagem à pátria de Maria Slodowska Curie. O rádio foi descoberto por Madame Curie em 1910, após longo trabalho, já que, para extrair um grama de elemento, teve que tratar aproximadamente 10 toneladas do mineral. Além das radiações de Becquerel (radiações gama) foram descobertas também neste início de século as radioatividades alfa e beta.
Foi também marcante a atuação do físico Ernest Rutherford no estudo da radioatividade natural. Rutherford nasceu em Nelson, Nova Zelândia, em 1871 e morreu na Inglaterra em 1937, tendo realizado seus estudos na Austrália e na Inglaterra. Foi um dos físicos mais importantes do século.
Em 1903 Rutherford e Frederick Soddy descreveram a radioatividade como a conseqüência da transmutação natural dos elementos. Estas as palavras de Rutherford a respeito:
Ernest Rutherford [5a]
"A great change in our ideas resulted from the discovery of the electron and of the spontaneous radioactivity observed in the heavy elements, uranium and thorium. Soddy and I were able to show in 1903 that radioactivity was a sign and measure of the instability of atoms, and that the atoms of uranium and thorium were undergoing a series of spontaneous transformation."
Rutherford recebeu o Prêmio Nobel em 1908, em 1918 se tornou diretor do laboratório Cavendish e em 1931 recebeu do rei da Inglaterra o título de nobre. Sua experiência para verificar se o modelo de átomo de J.J. Thomson era correto constituiu um dos trabalhos mais interessantes da Física Nuclear. Foi realizado em 1911 utilizando o espalhamento de partículas alfa em núcleos pesados. Desta experiência resultou para o átomo um modelo análogo ao do nosso sistema planetário.
Enquanto eram realizadas as pesquisas sobre a radioatividade natural nesta primeira década do século, Albert Einstein [1879-1955] apresentava em 1905-1906 uma teoria que seria de grande importância no estudo da Física: a Teoria da Relatividade. Nesta teoria, matéria e energia passam a ser relacionadas de modo mais estreito, podendo energia se transformar em matéria e matéria se transformar em energia. Einstein assim apresenta sua idéia:
Albert Einstein [5b]
"It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing - a somewhat unfamiliar conception to the average man. Furthermore, the equation E is equal to MC 2 in which energy is but equal to mass multiplied with the square of the velocity of light, showed that very small amount of mass may be converted into a very large amount of energy and vice versa - that mass is energy, were in fact equivalent, according to the formula mentioned before."
As Origens da Mecânica Quântica
Entre 1913 e 1915 Niels Bohr (1885-1962), em Copenhague, estudando o problema da estabilidade do átomo de Rutherford, estabeleceu uma teoria na qual havia a aplicação da hipótese quântica de Planck ao estudo do movimento dos elétrons em órbita. O átomo de Bohr se mostrou perfeito no estudo do espectro do hidrogênio, sendo possível uma interpretação teórica da fórmula empírica de Balmer para o espectro visível.
De 1910 a 1920 os físicos voltaram suas atenções para a dualidade onda-corpúsculo. William Braggs chegava a dizer que na segunda, quarta e sexta a luz era onda; terça, quinta e sábado a luz era corpúsculo; no domingo, dia do Senhor, a luz poderia ser onda e corpúsculo.
Maurice de Broglie, levando este problema para seu irmão, Louis de Broglie (*1892), entusiasmou-o. Já em 1924 este apresentava seu célebre postulado, resolvendo a dualidade onda-corpúsculo: a toda onda está associado um corpúsculo e a todo corpúsculo está associada uma onda. Com isso estava criada a Mecânica Quântica.
A Nova Mecânica Quântica
A Mecânica Quântica ou Mecânica Ondulatória deve seu desenvolvimento a Erwin Schrödinger (1887-1961), com a equação de onda da Mecânica Quântica (1926), e a Werner Heisenberg, físico alemão nascido em 1901, com a Mecânica das Matrizes (1925). A Mecânica Quântica Relativista foi desenvolvida a partir da equação de Klein-Gordon. Esta apresentava a possibilidade da existência de uma densidade de probabilidade negativa. Este problema foi resolvido por Paul A.M. Dirac (1902-1984) que propôs uma equação que viesse a explicar o spin do elétron. Na resolução desta equação Dirac propôs a existência de uma partícula que apresentava carga positiva igual em valor absoluto à carga negativa do elétron. Esta partícula, que é o pósitron, foi descoberta em 1932, no estudo de raios cósmicos por Carl D. Anderson, físico americano nascido em 1905, que ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1936.
O Nêutron
Voltemos um pouco no tempo para focalizar o problema da constituição do núcleo, um dos capítulos mais importantes da Física Nuclear. Inicialmente foi apresentada a hipótese para a constituição do núcleo por prótons e elétrons. Posteriormente, em 1920, D. Orme Masson, físico australiano, e Rutherford sugeriram a existência de uma partícula neutra no núcleo. Esta partícula, o nêutron, devia ser constituída por um próton e um elétron. Mas problemas ligados à conservação do momento angular intrínseco (spin) e da energia, indicaram a existência de novas partículas: o antineutrino (no nêutron) e neutrino (no próton). A existência do nêutron foi verificada experimentalmente por James Chadwick, físico inglês (*1891), no ano de 1932. Chadwick recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1935. Também neste ano Hideki Yukawa, físico japonês nascido em Tóquio [1907-1981] apresentou a sua teoria do campo mesônico para explicar o sistema das forças nucleares. Em 1948 Yukawa ganhava o Prêmio Nobel, enquanto neste mesmo ano, em laboratório dos Estados Unidos, e na Inglaterra, no ano anterior, no estudo de raios cósmicos, era descoberto o méson-pi. Participou ativamente desta experiência o físico brasileiro Cezar Lattes, nascido em Curitiba (1924). Esse acontecimento foi de grande importância para o desenvolvimento da Física no Brasil e motivou a criação do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) em 1949.
A descoberta do nêutron por Chadwick em 1932 deu um grande impulso à Física Nuclear. Muito contribuíram também os trabalhos de Joliot e Irene Curie na França e as pesquisas de Enrico Fermi na Itália. O desenvolvimento e o aproveitamento da energia nuclear não poderão estar dissociados do nome de Enrico Fermi [6] , um dos maiores físicos do século. Fermi, nascido em Roma a 26 de setembro de 1901, fez concurso para a Escola Normal Superior de Pisa em 1918, tendo defendido a sua tese de "Laurea" sobre "Difração de Raio-X em Cristais" em 1922. Foi convidado pelo Diretor do Instituto de Física de Roma, Orso Mario Corbino, para ensinar Matemática para os químicos. No dia 7 de novembro de 1926, ganhou o Concurso para professor da cadeira de Física Teórica da Universidade de Roma. A atuação de Fermi como professor da Universidade de Roma foi fundamental para a mudança dos destinos da Física na Itália. Até 1928 não existiam livros de Física Moderna adaptados aos estudos universitários. O único livro utilizado por toda uma geração de físicos era em alemão: "Atombau und Spektrallinien" de Sommerfeld. Fermi começou a escrever em 1927 e publicou em 1928, em italiano, uma "Introduzione alla Física Atomica". A sede de toda a motivação científica de Roma era o velho Instituto de Física da Universidade de Roma, situado na Via Panisperna 89a. Neste Instituto, dirigido por Corbino, Fermi pôde concentrar os melhores estudantes de Física da época. Foram discípulos e colegas de Fermi: Amaldi, Bruno Pontecorvo, Rasetti, Majorana, Emílio Segrè, entre outros.
Em 1933 Fermi escreveu uma teoria sobre o decaimento beta. O seu trabalho "Tentativa de una Teoria dell'Emissione dei Raggi Beta" foi rejeitado pela revista "Nature" pois, segundo esta revista, apresentava muitas hipóteses que estavam longe de uma realidade física. Seu trabalho que constitui a base do estudo das interações fracas foi publicado nas revistas "Zeitschrift für Physik" e "Ricerca Scientifica".
Em março de 1934 Fermi sugeriu a Rasetti que irradiasse vários elementos com uma fonte de polônio-berílio, que era de intensidade muito fraca. Posteriormente, após quase dois anos de trabalho, Fermi com auxílio do "Istituto Superiore di Sanitá", constituiu uma fonte de rádio-berílio. Com esta fonte mais possante Fermi bombardeou sistematicamente diversos elementos em ordem crescente de peso atômico. Publicou em 25 de março de 1934 o trabalho: " Radioattivá Provocata da Bombardamento de Neutroni - I", onde o I indicava que haveria uma série de trabalhos sobre o mesmo assunto. Solicitou o auxílio de Amaldi e Segrè. Telegrafou a Basetti, que estava de férias no Marrocos, para que voltasse rapidamente. Por felicidade, ou infelicidade do grupo, chegava a Roma nesta época o químico Oscar D'Agostino, que recebera uma bolsa para trabalhar no Laboratório de Marie Curie. Feliz ou infelizmente, porque Oscar D'Agostinho, se interpretasse bem os resultados das experiências de relações de nêutrons com o urânio, deveria ter chegado, vários anos antes, à descoberta da Fissão. É interessante a carta de Lord Rutherford a Fermi [6a], no ano de 1934.
" Caro Fermi,
Agradeço a gentileza de me enviar uma resenha de suas recentes experiências nas quais tem provocado uma radioatividade em muitos elementos utilizando nêutrons como partículas incidentes. Os seus resultados são de grande interesse, e não duvido que obteremos rapidamente maiores informações sobre o verdadeiro mecanismo dessas transformações. Não está claro que em todos os processos as explicações sejam tão simples como as das observações de Joliot-Curie. Congratulo-me com você pela sua fuga da esfera da Física Teórica. Parece que você encontrou um bom filão para começar. É bom saber, também, que o Prof. Dirac está fazendo experiências. Isto parece um bom augúrio para a Física Teórica.
Congratulações e muitas felicidades.
Rutherford "
No verão de 1934 Fermi esteve no Brasil e, em São Paulo, encontrou o físico de Turim Gleb Wataghin e um velho companheiro da Escola Normal de Pisa, o matemático Luigi Fantappié. Wataghin e Occhialini criaram uma florescente Escola de Física que muito contribuiu para o desenvolvimento da Ciência Brasileira.
Marcelo Damy muito se beneficiou com as vindas de Wataghin e Luigi Fantappié para São Paulo. Numa entrevista concedida à "Ciência Hoje"[7] o prof. Damy se refere de modo elogioso a estes professores.
"Eu estava no segundo ano, em 1934, quando Wataghin começou a dar aulas de física na Faculdade de Filosofia. Naquela época as sessões de física e química da Faculdade de Filosofia funcionavam na Escola Politécnica, de modo que tive a oportunidade de ser aluno dele. Seu curso era dado simultaneamente aos alunos da Filosofia e da Politécnica, como se fosse um verdadeiro Instituto de Física. Até então, o ensino de física, como de toda a ciência, era cristalizado; a bibliografia era obsoleta. Quando começamos a seguir os cursos de Wataghin e de Luigi Fantappié, em matemática, abriu-se um mundo novo ... Passamos a ter professores estrangeiros e tivemos que aprender italiano "a muque". Mas não durou muito: depois do golpe de 1937, as aulas de física da Escola Politécnica foram separadas das aulas da Filosofia. Meus companheiros da faculdade na época eram Mário Schenberg, Fernando Furquim, Cândido da Silva Dias, Benedito Castrucci."
O ano letivo de 1934-1935 foi um dos mais produtivos para o grupo de Fermi. Os trabalhos sobre nêutrons foram reunidos por Rutherford e publicados nos "Proceedings of the London Royal Society". No trabalho apresentado à "Royal Society", a atividade produzida nos vários elementos é classificada em: fraca, média e forte. Com a finalidade de otimizar essa classificação, um tanto grosseira, Fermi indicou Amaldi e Pontecorvo para estudar as seções de choque das reações com nêutrons. O elemento escolhido inicialmente para o estudo foi a prata, que apresentava uma meia vida de decaimento de 2,3 minutos. Verificaram que os resultados obtidos para a radioatividade induzida eram diferentes quando se mudava a mesa que transportava o pesado espectroscópio Hilger, isto é, dependia do fato de ser a mesa de madeira ou de mármore. Verificou-se mais tarde que o fato poderia ser explicado pela moderação de velocidade dos nêutrons no hidrogênio da madeira. No dia 18 de outubro de 1934, para esclarecer este "mistério", começaram a estudar sistematicamente este problema. Para evitar a dispersão de nêutrons na experiência, foi constituído um pequeno anteparo de chumbo. Sem que ninguém soubesse o por quê, Fermi substituiu o pesado anteparo por parafina. Muitos anos mais tarde, contou ao astrônomo Chandrasekhar o modo fortuito como são feitas as descobertas científicas:
" Desejo contar como fiz a descoberta mais importante da minha vida. Um dia, indo ao laboratório, estava pensando em estudar a absorção de nêutrons por um bloco de chumbo mas quando, finalmente, estava para começar a experiência, pensei: não quero um bloco de chumbo mas um de parafina. Foi verdadeiramente uma inspiração improvisada, sem uma razão premeditada. "
Assim, no dia 22 de outubro de 1934, foi utilizada pela primeira vez parafina na moderação de nêutrons. Numa outra parte do Instituto, enquanto Fermi trabalhava, estava sendo realizado um exame do qual participavam, como Membros da Banca Examinadora, quase todos os componentes do grupo de Fermi. Pérsico, em visita a Roma, e Bruno Rossi, assistiram às experiências. Ao meio dia, Fermi convocou todos os membros do Instituto para verificar um estranho fenômeno: a parafina multiplicava grandemente o efeito da radioatividade produzida pelos nêutrons. Todos foram para o almoço ainda confusos com os resultados da parte da manhã. Quando voltaram, às 3 da tarde, Fermi já havia apresentado uma hipótese que explicava a ação da parafina:
I - os nêutrons lentos eram mais eficazes que os rápidos na produção de reações nucleares em certos elementos;
II - a parafina agia como moderador, isto é, no choque dos nêutrons com os núcleos de hidrogênio (elementos leves) da parafina, eles perdiam grande parte da energia cinética.
À noite, na casa de Amaldi, foi preparada uma "lettera" para comunicar a descoberta, que seria publicada na "Ricerca Scientifica" . Como a esposa de Amaldi era redatora da revista, enviou para a redação, na manhã seguinte, o artigo que tinha como título "Azione di Sostanze Idrogenate sulla Radioativitá Provocata da Neutroni - I". São autores: E. Fermi, E. Amaldi, B. Pontecorvo, F. Rasetti, E. Segrè.
Corbino considerou muito importante esta descoberta, que foi patenteada no dia 26 de outubro de 1935, tendo recebido o número de patente italiana N.324458. Os inventores registrados, Fermi, Amaldi, Pontecorvo, Rasetti e Segrè decidiram que, caso houvesse qualquer lucro em dinheiro, dividiriam em partes iguais a quantia também com os químicos Trabachi e D'Agostino.
Os anos de 1936 e 1937 trouxeram uma atmosfera pesada à Itália. A retórica de Mussolini, mesmo para apolíticos como Fermi, ressoava desagradável. A conquista da mísera Etiópia era para o fascismo a restauração das glórias do Império Romano. Veio, posteriormente, a aliança com a Alemanha, que desgostou os intelectuais italianos. A gota d'água para Fermi foi o "Manifesto della razza" que apresentava a bandeira do anti-semitismo na Itália. A esposa de Fermi era semita e, como o marido, começou a pensar, cautelosamente, em emigrar para a América. A morte de Corbino em 1937, com 61 anos, talvez tenha também contribuído para esta decisão. Foi escolhido, para substituí-lo no Instituto de Física o professor Lo Surdo, inimigo de Fermi e que apoiava totalmente o governo de Mussolini. O Prêmio Nobel recebido por Fermi, em Estocolmo, contribuiu de maneira categórica para sua mudança para a América. Fermi recebeu uma comunicação reservada de Niels Bohr, no verão de 1938, de que seria agraciado com o Prêmio Nobel pela produção de elementos transuranianos resultantes do bombardeamento de urânio por nêutrons. A comunicação contrariava o sigilo que cerca o Prêmio Nobel. Foi feita com a finalidade de evitar as represálias já postas em prática pelo governo da Alemanha, com outros pesquisadores agraciados com o Prêmio. No dia 10 de novembro de 1938, recebeu oficialmente por telefone o aviso de que tinha sido escolhido para receber o Prêmio Nobel em Física. Partiu de Roma, por trem, no dia 6 de dezembro, com Laura, sua esposa, e os dois filhos, Nelia e Giulio. No embarque, Amaldi e Rasetti, perceberam que a partida representava o fim de uma época memorável da Universidade de Roma.
A Fissão
Enquanto se desenrolavam em Estocolmo as cerimônias da entrega do Prêmio Nobel, na Alemanha, Otto Hahn e Fritz Strassman faziam a descoberta mais importante da Física Nuclear: a fissão do núcleo. Em comunicação apresentada à Revista "Naturwissenschaften" no dia 22 de dezembro de 1938, eles descrevem como concluíram, sem qualquer sombra de dúvida, a presença de bário como produto do bombardeamento do urânio por nêutron. Antes de publicar o trabalho, Hahn e Strassman comunicaram a descoberta a Frisch e a Lise Meiter, alemães já exilados na Suécia.
Estas as palavras de Otto Hahn descrevendo a descoberta da Fissão:
Otto Hahn [5c]
" In particular, Fermi concluded that by irradiating uranium with neutrons he had formed transuranic elements; that is, elements of a higher atomic number than uranium. Miss Lise Meitner, Fritz Strassman and I decided to repeat and extend this very interesting experiment. We felt well qualified to do so. The physicists Lise Meitner and I had worked together on problems of radioactivity for over thirty years. Fritz Strassman, my friend, possessed unique expertise in analytical inorganic chemistry, and I had been in the field of radioactive chemistry from the early days of the beginning of the century, many years ago, with fairly good results.
During the four years of the joint work, from 1934 to 1938, we published a number of papers, Meitner, Hahn, Strassman, believing that we had isolated isotopes of elements 93 to 96, and our results were generally accepted. But toward the end of 1938, when Lise Meitner had been compelled to leave Germany and had imigrated to Sweden, Dr. Strassman and I came to the startling conclusions that the impact of a neutron on a uranium nucleus caused it to undergo fission into two medium-sized nuclei, the process which had not been thought previously to be possible. These results, which we published with some excitation, were confirmed very quickly by physicists in Denmark and the United States and other countries. The rest is well known. "
Lise Meitner calculou que a energia liberada na fissão era de aproximadamente 200 Me V.
Da Suécia, Fermi dirigiu-se a Copenhague, tendo sido recebido cordialmente na casa da familia de Niels Bohr. Partiu da Europa no navio Franconia e desembarcou, no dia 2 de Janeiro de 1939, em New York. Disse, ao desembarcar, para Laura: "Fundamos o ramo americano da família Fermi". Foi recebido, no desembarque, pelo Professor G.B. Pegram, Chefe do Departamento de Física da Universidade de Columbia.
No dia 16 de janeiro de 1939, chegava a Princeton o professor Niels Bohr. Conversando com Einstein e Wheeler, apresentou os trabalhos de Frisch, Meitner, Otto Hahn e Strassman. Einstein, entusiasmado, pensou na possibilidade da utilização da energia liberada na fissão. Numa conferência na Universidade George Washington, Fermi e Bohr têm oportunidade de trocar informações sobre o problema da fissão. Fermi mencionou a possibilidade de emissão de nêutrons na fissão do urânio. Nestas conversas estavam sendo discutidas as primeiras idéias sobre a possibilidade de uma reação em cadeia. Em 27 de fevereiro de 1939, o canadense Walter Zinn e o húngaro Leo Szilard [8] começaram a estudar, na Universidade de Columbia, a emissão de nêutrons na fissão do urânio. Paralelamente, Fermi[9] e seus colaboradores H. L. Anderson e H.B. Haustein iniciaram também as pesquisas desse mesmo problema. Os resultados dessas duas experiências foram publicadas simultaneamente na edição de abril de "Physics Reviews" e foi mostrado que era possível uma reação em cadeia utilizando os nêutrons produzidos na fissão.
Sobre o trabalho apresentado em "Physics Reviews" é importante lembrar as palavras de Anderson:
Herbert L. Anderson [5d]
"Fermi told me at the time that the quickest way to the chain reaction and all its consequences was to make a chain reaction that could probably be done first and most easily by the techniques most familiar to him, using natural uranium. And so, we launched on a career of trying first of all to see whether neutrons were emitted and in what number. And a great deal of emphasis was placed on the quantitative aspects of the subject. The paper, "The production of Neutrons in Uranium Bombarded by Neutrons", by Anderson, Fermi and Hanstein, was submitted to the Physics Reviews one month after March 16, 1939, and then appeared in the April 15th issue. And this showed that indeed neutrons were emitted, and in fairly copious number; experiments were a little bit on the rough side, but one could conclude from that experiment that one and a half neutron were emitted from uranium for each thermal neutron that was absorbed by uranium, and was a very important number, and not really very far from what is now known to be the value of that number, about 1.33. Experiments were also being done - in fact, they always seemed to be about a week or so ahead of us - by Joliot, Halban, and Kowarski - working in Paris under very difficult conditions. And at the same time, and going on in the same laboratory at Columbia, Szilard had gotten together with Zinn, and they also carried out an experiment demostrating the emission of fast neutrons when uranium absorbed a thermal neutron" .
O Primeiro Reator
O Primeiro Reator Nuclear, Universidade de Chicago,
2 dezembro de 1942
Com a finalidade de influenciar o Presidente F.D. Roosevelt, Szilard conseguiu um intermediário, Alexandre Sachs, empresário e amigo do presidente, para levar uma carta de Albert Einstein.
Segue a íntegra da carta de 2 de agosto de 1939:
Albert Einstein
Old Grover
Road Nassau Point
Peconic, Long Island
August, 2nd, 1939
Senhor Presidente,
Algumas pesquisas desenvolvidas recentemente por E. Fermi e L. Szilard, cujas comunicações me foram entregues em manuscritos, induziram-me a considerar que o elemento urânio possa ser transformado, num futuro próximo, em uma nova e importante fonte de energia. Alguns aspectos da situação justificam uma certa vigilância e uma rápida intervenção por parte da administração estatal. Considero, portanto, que seja meu dever solicitar a V. Excia. grande atenção para os fatos e recomendações que se seguem:
Nos últimos quatro meses foi confirmada a possibilidade (graças aos trabalhos de Joliot Curie, na França e os deFermi e Szilard, na América) de produzir, em uma grande massa de urânio, uma "reação nuclear em cadeia" capaz de gerar quantidade de energia e numerosos elementos com características semelhantes ao rádio. Atualmente temos quase certeza de podermos chegar a estes resultados num futuro imediato.
Este novo fenômeno poderá permitir a construção de bombas extremamente potentes. Uma única bomba deste novo tipo, transportada por uma embarcação e explodindo num porto, poderá destruir inteiramente o porto e grande parte do território adjacente. Todavia, elas devem ser relativamente pesadas para serem transportadas por avião.
Os Estados Unidos dispõem de uma quantidade pequena de minério com baixo teor de urânio. Encontramos bons minérios de urânio no Canadá e na Tchecoslováquia, sendo que o país que possui as melhores minas de urânio é o Congo Belga.
Em função de toda esta situação, seria interessante e oportuno um contato permanente entre a alta administração do governo e o grupo de físicos que estão estudando a "reação em cadeia" na América. Uma das maneiras de realizar tal ligação seria a escolha de uma pessoa que gozasse de sua confiança e que poderia agir de maneira não oficial. As suas atribuições seriam as seguintes:
manter o governo informado dos desenvolvimentos recentes neste campo e formular recomendações através de intervenções do Estado, para assegurar aos Estados Unidos o suprimento necessário de material uranífero.
acelerar o trabalho no campo experimental que se desenvolve atualmente nos laboratórios das Universidades de maneira limitada, fornecendo mais financiamento, ou caso seja necessário, mantendo contato com empresas privadas dispostas a colaborar com esta causa, e procurando a participação de laboratórios industriais que disponham de aparelhagem necessária.
Sou conhecedor do fato de que a Alemanha efetivamente bloqueou a venda de urânio das minas da Tchecoslováquia, das quais tomou posse. A decisão de agir rapidamente desta forma pode ser explicada pelo fato de que o filho do sub-secretário de Estado, Von Weizsäcker, trabalha no Kaiser-Wilhelm-Institut de Berlim, onde estão sendo realizadas, em parte, as mesmas pesquisas sobre o urânio que se desenvolvem nos Estados Unidos.
Cordialmente
Albert Einstein
A audiência só foi obtida por Sachs no dia 11 de outubro. Após a leitura da carta, no fim da audiência, o Presidente Roosevelt dirigiu-se ao seu Adido Militar, General E.M. Watson, e declarou: "Devemos agir imediatamente". O Presidente Roosevelt nomeou o Dr. Lyman J. Briggs, que era Diretor do "Bureau of Standards" para presidente de uma "Comissão do Urânio". Faziam parte da Comissão o Almirante Hoover e o Coronel Adamson. Foram convidados os cientistas Szilard, Wigner e Teller (o pai da bomba de hidrogênio), todos húngaros, e o italiano Fermi.
Fermi se interessava muito pouco pelos problemas de administração e planificação, pois estava totalmente absorvido pela idéia da solução da Reação em Cadeia. Ficava na sua mesa concentrado nos problemas técnicos e científicos e deixava o ativismo político para Szilard, Teller e Wigner.
Durante a primavera de 1941, começaram a aparecer sinais importantes da participação de físicos americanos de primeira linha no Projeto Nuclear. Passaram a participar ativamente dos trabalhos A. H. Compton e E. O. Lawrence, pois achavam que havia uma certa lentidão nas pesquisas desenvolvidas. Nos primeiros dias de dezembro de 1941, um pouco antes da entrada dos Estados Unidos na Guerra e do Ataque a Pearl Harbor, a situação era esta:
Não havia sido realizada uma reação em cadeia.
Era mínima a produção de Urânio-235 necessário à preparação de um artefato nuclear (é grande a seção de choque desse isótopo do urânio para nêutrons térmicos). Era ponto pacífico entre os cientistas que o urânio natural não poderia ser utilizado como explosivo. Foi um triunfo da Tecnologia e da Ciência americanas a separação do Urânio-235 em larga escala. Destacaram-se nesta pesquisa Urey, Dunning, Boothm Cohenm e Lawrence e as grandes indústrias Dupont, Union Carbide e Eastman. Fermi não participou desses trabalhos.
Só haviam sido preparados alguns microgramas de Plutônio-239 com o Cíclotron de Berkeley. Os físicos e químicos vendo a produção insuficiente de Plutônio-239, sugeriram a construção de um sistema que gerasse maior quantidade de plutônio. Os resultados foram comunicados por Seaborg a Briggs, em carta secreta, por questões de segurança. Briggs comunicou essas conclusões a Fermi.
Em novembro de 1941, foi tomada uma decisão para acelerar o projeto nuclear e incentivar a atuação do NDRC (National Defense Research Committee). Compton, apesar de não gostar de físicos estrangeiros recém-chegados, foi até a Universidade de Columbia para visitar Fermi e recolher informações precisas que possibilitassem a construção de um artefato atômico. Compton, encarregado de ativar o projeto, transferiu os trabalhos da Universidade de Columbia para a Universidade de Chicago, onde era professor. Formou uma grande organização, concentrada em Chicago, que tomou o nome de "Metallurgical Laboratory". Fermi iniciou, com Anderson, na Universidade de Chicago, a construção de uma Pilha Nuclear de proporções maiores do que as da que fora programada para a Universidade de Columbia. Este reator foi construído no estádio de atletismo da Universidade, apesar das objeções de Compton e do General L.R. Greves, que havia sido nomeado, em setembro de 1942, Chefe do M.E.D.(Manhattan Engineer District). A finalidade desta era dirigir os projetos de aplicações militares da Energia Nuclear. Um dos primeiros grandes problemas para a construção do Reator de Chicago foi o da colocação geométrica do combustível no Reator, e a escolha de um bom moderador para nêutrons. Fermi e Szilard resolveram os problemas geométricos da colocação do urânio e utilizaram, para moderador de nêutrons, o grafite, material que poderia ser produzido em quantidades apreciáveis e com grande grau de pureza. Para controlar o fluxo de nêutrons na pilha, Fermi sugeriu a utilização de barras de cádmio, que apresentava grande seção de choque de absorção para nêutrons, como havia sido determinado pelo grupo de Fermi em pesquisas realizadas na Universidade de Roma. A colocação das barras de controle de cádmio foi calculada por Anderson e Zinn. No dia 2 de dezembro de 1942 entrou em operação o primeiro Reator Nuclear[10], com uma reação em cadeia auto-sustentável. Após o sucesso da experiência, Wigner presenteou Fermi com uma garrafa de vinho Chianti. Fermi, utilizando copos de papel, ofereceu vinho a todos os presentes, que brindaram o início da Era Nuclear.
São entusiasmadas as palavras de Compton, uma das testemunhas deste acontecimento, que marcou o início da era nuclear:
Arthur Compton [5e]
"We entered the balcony at one end of the room. On the balcony a dozen scientists were watching the instruments and handling the controls. Across the room was a large cubical pile of graphite and uranium blocks in which we hoped the atomic chain reaction would develop. Inserted into openings in this pile of blocks were control and safety rods. After a few preliminary tests, Fermi gave the order to withdraw the control rod another foot, we knew that was going to be the real test. The Geiger counters registering the neutrons from the reactor began to click faster and faster until their sound became a rattle. Then you could begin to see the spot of light reflected from the galvanometer that measured the ionization current as it began to move. At first slowly, then faster and still faster. The reaction grew until there might be danger from the radiation up on the platform where we were standing. "Throw in the safety rods", came Fermi's order. And you could see the pointer move right back to zero. The rattle of the counters fell to a slow series of clicks. For the first time,atomic power had been released; it had been controlled and stopped. Only half a watt of energy, infinitesimal, but it showed that men had the boundless energy of atomic fission under control. Somebody handed Fermi a bottle of Italian wine and a little cheer went up."
Para Fermi, as pesquisas teóricas e experimentais antecipavam, garantiam, de modo absoluto, o êxito da reação em cadeia no primeiro reator nuclear construído:
Enrico Fermi [5f]
"The experiment in which the first self-sustaining chain reaction was obtained had been preceeded by a great number of other experiments and calculations which had made virtually certain that once the so-called critical dimensions were achieved, the reaction would become a reality."
Referências Bibliográficas
[1] J. B. Martins, "História da Energia Nuclear", Comissão Nacional de Energia Nuclear (1984).
[2] J.B. Martins, "Einstein, Fermi, Drummond e a Bomba", Matraga - UERJ,1 (1987).
As referências (1) e (2) serviram de base para o presente trabalho.
[3] L. Boutier, "El Atomismo Griego", Editorial Nova, Buenos Aires (1936).
[4] P. F. Schurmann, "História de la Física", Editorial Nova, Buenos Aires, Vol. I e Vol. II .
[4a] ibidem
[4b] ibidem
[5] G. Seaborg, "Century of the Atom", International Atomic Energy Agency -IAEA (1980).
[5a] ibidem
[5b] ibidem
[5c] ibidem
[5d] ibidem
[5e] ibidem
[5f] ibidem
[6] E. Segré, "Enrico Fermi, Físico", Zanichelli Editore, Bologna (1976).
[6a] ibidem
[7] M. Damy, "Perfil", entrevista publicada na Revista "Ciência Hoje" Vol.14, No 79, pg.46 (1992).
[8] L. Szilard and W.H.Zinn, "Instantaneous Emission of Fast Neutrons in the Interaction of Slow Neutrons with Uranium", Phys. Rev. 55, 797 (1939).
[9] H. L. Anderson, E. Fermi and H.B. Hanstein, "Production of Neutrons in Uranium Bombarded", Phys. Rev. 55, 797 (1939).
[10] C. Allardice and E. R. Trapnell, "The First Reactor", U.S. Atomic Energy Comission, Division of Technical Information (1946).
Jader Benuzzi Martins
Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Instituto de Física
Rua São Francisco Xavier, 524 - 3o, Rio de Janeiro, RJ
E-mail: Jader@UERJ.BR
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sexta-feira, 1 de abril de 2011
10189 - HISTÓRIA DO ÁTOMO
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Átomo: Demócrito, Thomson, Rutherford, Bohr e história do átomo
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Átomo
Demócrito, Thomson, Rutherford, Bohr e história do átomo
Carlos Roberto de Lana*
Especial para a Págna 3 Pedagogia & Comunicação
A ciência ocupa em nosso mundo moderno e tecnológico um papel tão importante que a idéia que tendemos a formar sobre ela é de um conjunto de disciplinas matemáticas complexas, cuja compreensão paira muito acima das cabeças do público leigo. Mas essa não é exatamente a verdade.
Um exemplo interessante de como a ciência transforma idéias em descobertas cada vez mais aprofundadas é a história do átomo. Em qualquer artigo científico sobre o assunto, publicado por alguma revista especializada, encontraremos a palavra átomo associada a poderosos aceleradores de partículas (que, em geral, não sabemos bem o que são ou como funcionam), dentro dos quais ocorrem estranhos fenômenos que permitem aos cientistas confirmar a existência de subpartículas de nomes impossíveis de lembrar como quarks, léptons ou mésons.
Mas nossa relação com os átomos começou de um modo mais simples. Na antiga Grécia, no século 4º. a.C., dois filósofos, Leucipo e Demócrito, observaram o comportamento da matéria e acharam interessante sua característica de poder ser dividida. Então, eles se fizeram a pergunta "o que acontece se uma porção de matéria for dividida continuamente?"
Porção indivisível
A conclusão a que chegaram é que essa seqüência de divisões não poderia ser infinita. Em algum momento, se chegaria a uma porção de matéria que não poderia mais ser dividida. A essa porção deram o nome de átomo - do grego a=não, tomo=divisão. O átomo seria portanto a porção constituinte mínima e indivisível de toda a matéria. Esta idéia do átomo como uma "bolinha" microscópica maciça, formadora de tudo que é material, seguiu quase inalterada por 2 mil anos, até que o químico inglês John Dalton descobriu que cada substância pura era constituída de um único tipo de átomos, que eram idênticos entre si quanto às suas propriedades, tamanho e modo de reação química.
Com Dalton, os átomos deixaram de ser identidades físico-químicas genéricas e ganharam nomes próprios, conforme as substâncias que constituíam e às quais emprestavam suas propriedades. Assim as características do ferro eram decorrentes de este ser formado por átomos do ferro, que eram diferentes em suas características fundamentais, por exemplo, dos átomos do alumínio.
Interações atômicas
Dalton descobriu também que esses átomos de características próprias, conforme o tipo, reagem entre si de acordo com proporções numéricas simples, deixando claro que as diferentes combinações e transformações da matéria eram resultantes das interações entre seus átomos.
A partir do século 19, aconteceu um grande número de descobertas e teorias a respeito da natureza dos átomos:
Faraday, estudando a eletrólise, lançou a idéia de que a eletricidade estivesse associada aos átomos;
Röentgen descobriu os raios X;
Becquerel descobriu a radiatividade;
Marie e Pierre Curie descobriram os elementos rádio e polônio.
Em meio a este acúmulo de evidências, ficava cada vez mais claro aos cientistas que o átomo deveria ser algo mais que uma bolinha maciça muito pequena. A idéia dos gregos de que a menor partícula da matéria deveria seria uniforme e indivisível começava a cair por terra.
Thomson e Rutherford
Primeiro com Thomson, que, pesquisando descargas elétricas em alto vácuo, descobriu os elétrons. Para ele, os átomos seriam compostos por um núcleo gelatinoso de carga elétrica positiva, no qual estariam incrustados os elétrons, de carga elétrica negativa.
Em seguida, com Nelson Ernest Rutherford, físico neozelandês, que em 1911 rompeu em definitivo com o modelo grego antigo de átomo, com sua célebre experiência na qual bombardeou uma fina lâmina de ouro com partículas em alta velocidade, constatando que a maioria das partículas atravessava o ouro como se o metal não lhe oferecesse nenhum obstáculo ao trajeto.
Rutherford concluiu que o átomo deveria ser formado em sua maior parte de espaços vazios. Desenvolveu, então, o chamado modelo atômico planetário, no qual o átomo seria comparado a um sistema solar, com o núcleo de carga elétrica positiva no centro e os elétrons, de carga negativa, orbitando em torno dele na eletrosfera.
Modelo atômico Rutherford-Bohr
A concepção de Thomson e Rutherford seria posteriormente aperfeiçoada pelo físico dinamarquês Niels Bohr, razão pela qual o átomo planetário é também conhecido como Modelo atômico de Rutherford-Bohr.
É de Bohr a inclusão no modelo atômico da teoria quântica, que explicava como os diferentes níveis de energia na eletrosfera impediam os elétrons de cair como um meteoro no núcleo, o que fatalmente aconteceria se o átomo se comportasse apenas como um sistema solar, como Rutherford inicialmente propôs.
Derrubada a idéia do átomo maciço e indivisível, coube ao mesmo Rutherford propor que nem mesmo o núcleo atômico se enquadrava nesta definição. Ao contrário, o núcleo seria formado por partículas ainda menores. Os de carga positiva receberam o nome de próton, sendo que o núcleo do hidrogênio - o mais simples dos elementos - seria composto de apenas uma destas partículas.
Chadwick e o nêutron
Em 1932, Chadwick descobriu o nêutron, que seria a segunda partícula constituinte do núcleo, só que não dotado de carga elétrica, como seu vizinho positivo.
Chegamos então à concepção atual do átomo, onde um núcleo pequeno e maciço, composto de prótons de carga elétrica positiva e nêutrons sem carga elétrica, são envoltos por uma eletrosfera formada por elétrons de pouquíssima massa e carga elétrica negativa.
Num resumo aproximado, poderíamos dizer que as partículas atômicas tem a seguinte identidade:
Massa Carga Elétrica
Próton massa 1 carga elétrica + 1
Nêutron massa 1 carga elétrica 0
Elétron massa desprezível carga elétrica -1
Já as representações do átomo podem variar bastante, conforme o modelo representado, desde o desenho clássico do modelo Rutherford-Bohr às representações mais sofisticadas que mostram os elétrons circulando em orbitais elípticos.
Das partículas indivisíveis de Leucipo e Demócrito à mecânica quântica e ao princípio da incerteza de Heisenberg, nosso conhecimento sobre os átomos percorreu um longo caminho.
Pode ser que conceitos como dualidade partícula-onda atribuída ao elétron pareçam um tanto incompreensíveis à maioria, mas tudo começou com homens curiosos, que, com seus recursos simples, observavam a natureza e tentavam entendê-la.
*Carlos Roberto de Lana é engenheiro químico.
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Átomo
Demócrito, Thomson, Rutherford, Bohr e história do átomo
Carlos Roberto de Lana*
Especial para a Págna 3 Pedagogia & Comunicação
A ciência ocupa em nosso mundo moderno e tecnológico um papel tão importante que a idéia que tendemos a formar sobre ela é de um conjunto de disciplinas matemáticas complexas, cuja compreensão paira muito acima das cabeças do público leigo. Mas essa não é exatamente a verdade.
Um exemplo interessante de como a ciência transforma idéias em descobertas cada vez mais aprofundadas é a história do átomo. Em qualquer artigo científico sobre o assunto, publicado por alguma revista especializada, encontraremos a palavra átomo associada a poderosos aceleradores de partículas (que, em geral, não sabemos bem o que são ou como funcionam), dentro dos quais ocorrem estranhos fenômenos que permitem aos cientistas confirmar a existência de subpartículas de nomes impossíveis de lembrar como quarks, léptons ou mésons.
Mas nossa relação com os átomos começou de um modo mais simples. Na antiga Grécia, no século 4º. a.C., dois filósofos, Leucipo e Demócrito, observaram o comportamento da matéria e acharam interessante sua característica de poder ser dividida. Então, eles se fizeram a pergunta "o que acontece se uma porção de matéria for dividida continuamente?"
Porção indivisível
A conclusão a que chegaram é que essa seqüência de divisões não poderia ser infinita. Em algum momento, se chegaria a uma porção de matéria que não poderia mais ser dividida. A essa porção deram o nome de átomo - do grego a=não, tomo=divisão. O átomo seria portanto a porção constituinte mínima e indivisível de toda a matéria. Esta idéia do átomo como uma "bolinha" microscópica maciça, formadora de tudo que é material, seguiu quase inalterada por 2 mil anos, até que o químico inglês John Dalton descobriu que cada substância pura era constituída de um único tipo de átomos, que eram idênticos entre si quanto às suas propriedades, tamanho e modo de reação química.
Com Dalton, os átomos deixaram de ser identidades físico-químicas genéricas e ganharam nomes próprios, conforme as substâncias que constituíam e às quais emprestavam suas propriedades. Assim as características do ferro eram decorrentes de este ser formado por átomos do ferro, que eram diferentes em suas características fundamentais, por exemplo, dos átomos do alumínio.
Interações atômicas
Dalton descobriu também que esses átomos de características próprias, conforme o tipo, reagem entre si de acordo com proporções numéricas simples, deixando claro que as diferentes combinações e transformações da matéria eram resultantes das interações entre seus átomos.
A partir do século 19, aconteceu um grande número de descobertas e teorias a respeito da natureza dos átomos:
Faraday, estudando a eletrólise, lançou a idéia de que a eletricidade estivesse associada aos átomos;
Röentgen descobriu os raios X;
Becquerel descobriu a radiatividade;
Marie e Pierre Curie descobriram os elementos rádio e polônio.
Em meio a este acúmulo de evidências, ficava cada vez mais claro aos cientistas que o átomo deveria ser algo mais que uma bolinha maciça muito pequena. A idéia dos gregos de que a menor partícula da matéria deveria seria uniforme e indivisível começava a cair por terra.
Thomson e Rutherford
Primeiro com Thomson, que, pesquisando descargas elétricas em alto vácuo, descobriu os elétrons. Para ele, os átomos seriam compostos por um núcleo gelatinoso de carga elétrica positiva, no qual estariam incrustados os elétrons, de carga elétrica negativa.
Em seguida, com Nelson Ernest Rutherford, físico neozelandês, que em 1911 rompeu em definitivo com o modelo grego antigo de átomo, com sua célebre experiência na qual bombardeou uma fina lâmina de ouro com partículas em alta velocidade, constatando que a maioria das partículas atravessava o ouro como se o metal não lhe oferecesse nenhum obstáculo ao trajeto.
Rutherford concluiu que o átomo deveria ser formado em sua maior parte de espaços vazios. Desenvolveu, então, o chamado modelo atômico planetário, no qual o átomo seria comparado a um sistema solar, com o núcleo de carga elétrica positiva no centro e os elétrons, de carga negativa, orbitando em torno dele na eletrosfera.
Modelo atômico Rutherford-Bohr
A concepção de Thomson e Rutherford seria posteriormente aperfeiçoada pelo físico dinamarquês Niels Bohr, razão pela qual o átomo planetário é também conhecido como Modelo atômico de Rutherford-Bohr.
É de Bohr a inclusão no modelo atômico da teoria quântica, que explicava como os diferentes níveis de energia na eletrosfera impediam os elétrons de cair como um meteoro no núcleo, o que fatalmente aconteceria se o átomo se comportasse apenas como um sistema solar, como Rutherford inicialmente propôs.
Derrubada a idéia do átomo maciço e indivisível, coube ao mesmo Rutherford propor que nem mesmo o núcleo atômico se enquadrava nesta definição. Ao contrário, o núcleo seria formado por partículas ainda menores. Os de carga positiva receberam o nome de próton, sendo que o núcleo do hidrogênio - o mais simples dos elementos - seria composto de apenas uma destas partículas.
Chadwick e o nêutron
Em 1932, Chadwick descobriu o nêutron, que seria a segunda partícula constituinte do núcleo, só que não dotado de carga elétrica, como seu vizinho positivo.
Chegamos então à concepção atual do átomo, onde um núcleo pequeno e maciço, composto de prótons de carga elétrica positiva e nêutrons sem carga elétrica, são envoltos por uma eletrosfera formada por elétrons de pouquíssima massa e carga elétrica negativa.
Num resumo aproximado, poderíamos dizer que as partículas atômicas tem a seguinte identidade:
Massa Carga Elétrica
Próton massa 1 carga elétrica + 1
Nêutron massa 1 carga elétrica 0
Elétron massa desprezível carga elétrica -1
Já as representações do átomo podem variar bastante, conforme o modelo representado, desde o desenho clássico do modelo Rutherford-Bohr às representações mais sofisticadas que mostram os elétrons circulando em orbitais elípticos.
Das partículas indivisíveis de Leucipo e Demócrito à mecânica quântica e ao princípio da incerteza de Heisenberg, nosso conhecimento sobre os átomos percorreu um longo caminho.
Pode ser que conceitos como dualidade partícula-onda atribuída ao elétron pareçam um tanto incompreensíveis à maioria, mas tudo começou com homens curiosos, que, com seus recursos simples, observavam a natureza e tentavam entendê-la.
*Carlos Roberto de Lana é engenheiro químico.
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10188 - HISTÓRIA DO ÁTOMO
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Início Átomo História do átomo
História do átomo
No século V a.C., o filósofo grego Demócrito imaginou a matéria constituída por pequenas partículas indivisíveis - átomos. Só muito mais tarde, no séc. XVII é que é confirmada a existência do vazio.
Figura 1 - Modelo atómico de Dalton.
Modelo atómico de Dalton
Dalton, no séc. XIX, retomou a ideia dos átomos como constituintes básicos da matéria. Para ele os átomos seriam partículas pequenas, indivisíveis e indestrutíveis (Figura 1).
Cada elemento químico seria constituído por um tipo de átomos iguais entre si. Quando combinados, os átomos dos vários elementos formariam compostos novos.
Figura 2 - Modelo atómico de Thomson.
Modelo atómico de Thomson (Modelo do Pudim de Passas)
Em 1897, Thomson descobriu partículas negativas muito mais pequenas que os átomos, os electrões, provando assim que os átomos não eram indivisíveis.
Formulou esta teoria, de que os átomos seriam constituídos por uma parte central esférica com carga eléctrica positiva onde estariam dispersos os electrões, em número suficiente para que a carga total do átomo fosse nula (Figura 2).
Modelo atómico de Rutherford
Figura 3 - Modelo atómico de Rutherford.
Mais tarde, Rutherford demonstrou que a maior parte do átomo era espaço vazio, estando a carga positiva localizada no núcleo (ponto central do átomo), tendo este a maior parte da massa do átomo. Os electrões estariam a girar em torno do núcleo (Figura 3).
Rutherford também descobriu a existência dos protões, as partículas com carga positiva que se encontram no núcleo.
Este modelo não explica porque é que os electrões não caem no núcleo, devido à atracção que apresentam pelas cargas positivas aí existentes.
Modelo atómico de Bohr
Figura 4 - Modelo atómico de Bohr.
Bohr apresentou alterações ao modelo de Rutherford: os electrões só podem ocupar níveis de energia bem definidos, e os electrões giram em torno do núcleo em órbitas com energias diferentes.
As órbitas interiores representam uma energia mais baixa e à medida que se encontram mais afastadas do núcleo o valor da energia é maior.
Quando um electrão recebe uma determinada quantidade de energia passa a ocupar uma órbita mais externa (com maior energia) ficando o átomo num estado excitado. Se um electrão passar de uma órbita para uma outra mais interior liberta energia.
Os electrões tendem a ter a menor energia possível - estado fundamental do átomo.
Átomo
Demócrito
Dalton
Thomson
Rutherford
© Miguel Neta, 12-01-2010.
ÁTOMO
História do átomo
Átomo
Raio atómico
Símbolo químico
Número atómico
Número de massa
Isótopo
Massa atómica relativa
Níveis de energia
Distribuição electrónica
Números quânticos
Orbitais
Espectro do átomo de hidrogénio
TEMAS DISPONÍVEIS
ÁCIDO-BASE
ASTRONOMIA
ÁTOMO
ELECTRICIDADE
ENERGIA
ESTADO GASOSO
LABORATÓRIO
LIGAÇÃO QUÍMICA
LUZ
MECÂNICA
ORGÂNICA
REACÇÕES
REDOX
SOLUBILIDADE
SOLUÇÕES
SOM
SUBSTÂNCIAS
BIOGRAFIAS
TABELAS
LINKS
Programas e orientações
COPYRIGHT AUTOR DO TEXTO
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...para quem se lembrou hoje que o teste é amanhã!
Início Átomo História do átomo
História do átomo
No século V a.C., o filósofo grego Demócrito imaginou a matéria constituída por pequenas partículas indivisíveis - átomos. Só muito mais tarde, no séc. XVII é que é confirmada a existência do vazio.
Figura 1 - Modelo atómico de Dalton.
Modelo atómico de Dalton
Dalton, no séc. XIX, retomou a ideia dos átomos como constituintes básicos da matéria. Para ele os átomos seriam partículas pequenas, indivisíveis e indestrutíveis (Figura 1).
Cada elemento químico seria constituído por um tipo de átomos iguais entre si. Quando combinados, os átomos dos vários elementos formariam compostos novos.
Figura 2 - Modelo atómico de Thomson.
Modelo atómico de Thomson (Modelo do Pudim de Passas)
Em 1897, Thomson descobriu partículas negativas muito mais pequenas que os átomos, os electrões, provando assim que os átomos não eram indivisíveis.
Formulou esta teoria, de que os átomos seriam constituídos por uma parte central esférica com carga eléctrica positiva onde estariam dispersos os electrões, em número suficiente para que a carga total do átomo fosse nula (Figura 2).
Modelo atómico de Rutherford
Figura 3 - Modelo atómico de Rutherford.
Mais tarde, Rutherford demonstrou que a maior parte do átomo era espaço vazio, estando a carga positiva localizada no núcleo (ponto central do átomo), tendo este a maior parte da massa do átomo. Os electrões estariam a girar em torno do núcleo (Figura 3).
Rutherford também descobriu a existência dos protões, as partículas com carga positiva que se encontram no núcleo.
Este modelo não explica porque é que os electrões não caem no núcleo, devido à atracção que apresentam pelas cargas positivas aí existentes.
Modelo atómico de Bohr
Figura 4 - Modelo atómico de Bohr.
Bohr apresentou alterações ao modelo de Rutherford: os electrões só podem ocupar níveis de energia bem definidos, e os electrões giram em torno do núcleo em órbitas com energias diferentes.
As órbitas interiores representam uma energia mais baixa e à medida que se encontram mais afastadas do núcleo o valor da energia é maior.
Quando um electrão recebe uma determinada quantidade de energia passa a ocupar uma órbita mais externa (com maior energia) ficando o átomo num estado excitado. Se um electrão passar de uma órbita para uma outra mais interior liberta energia.
Os electrões tendem a ter a menor energia possível - estado fundamental do átomo.
Átomo
Demócrito
Dalton
Thomson
Rutherford
© Miguel Neta, 12-01-2010.
ÁTOMO
História do átomo
Átomo
Raio atómico
Símbolo químico
Número atómico
Número de massa
Isótopo
Massa atómica relativa
Níveis de energia
Distribuição electrónica
Números quânticos
Orbitais
Espectro do átomo de hidrogénio
TEMAS DISPONÍVEIS
ÁCIDO-BASE
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ÁTOMO
ELECTRICIDADE
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ESTADO GASOSO
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10187 - HISTÓRIA DO ÁTOMO
Home História Do átomo Voltar HISTÓRIA DO ÁTOMO
O final do século XIX e o início do século XX foram muito produtivos no que diz respeito às descobertas que envolveram a estrutura atômica.
Em 1875 William Crookes fez experiências com descargas elétricas em gases, a pressões baixíssimas, e descobriu os chamados raios catódicos, que levaram à descoberta dos elétrons. Em 1895, o físico alemão Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923) introduziu modificações na Ampola de Crooks e conseguiu produzir os raios X ( assim chamados porque eram de natureza desconhecida). Röntgen verificou também que os raios X tornavam fluorescentes certas substâncias. Por suas descobertas, Röntgen foi agraciado, em 1901, com o primeiro Prêmio Nobel de Física.
A propósito, lembramos aqui que as substâncias fluorescentes e fosforescentes emitem luz após receberem energia, como, por exemplo, as radiações eletromagnéticas (luz, raios X, etc.). Cessando o fornecimento de energia as fluorescentes param imediatamente de emitir luz (como os letreiros nas estradas de rodagem), enquanto as fosforescentes continuam emitindo luz por mais algum tempo, durante segundos ou até mesmo alguns dias (como, por exemplo, os ponteiros luminosos dos relógios).
Em 1896, o químico francês Henri Antoine Becquerel (1852-1908) procurou estudar o caminho inverso àquele observado por Roentgen, isto é, se as substâncias fluorescentes ou fosforescentes seriam também capazes de emitir, por si próprias, os raios X. Ao usar o sulfato duplo de potássio e uranila,, Becquerel verificou que, ainda que permanecesse no escuro muitos dias (e, portanto, sem receber energia externa), essa substância conseguia emitir radiações que impressionavam chapas fotográficas mesmo quando envolvidas em papel preto. Sem dúvida, alguma emissão desconhecida estava saindo daquele sulfato, atravessando o papel e chegando até a chapa fotográfica. Essas emissões foram chamadas inicialmente de Raios de Becquerel e, posteriormente, de emissões radioativas ou radioatividade.
Posteriormente, o casal Marie e Pierre Curie verificou que todos os sais de urânio apresentavam a propriedade de impressionar chapas fotográficas; concluiu-se, então, que o responsável pelas emissões era o próprio urânio.
Extraindo e purificando o urânio do minério pechblenda –– proveniente da Tchecoslováquia, o casal Curie verificou que as impurezas eram mais radioativas que o próprio urânio; dessas impurezas, eles separaram, em 1898, um novo elemento químico, o polônio, 400 vezes mais radioativo que o urânio.
Novas separações e purificações feitas por Marie Curie levaram à descoberta do elemento químico rádio, 900 vezes mais radioativo que o urânio. Sua forte radioatividade faz com que o metal rádio apresente uma temperatura ligeiramente superior ao meio ambiente e também o torna luminescente (azulado) quando no escuro; além disso, o rádio torna fluorescente várias substâncias, como, por exemplo, ZnS, BaS, etc.
Raio X
Descoberta dos raios catódicos e os trabalhos posteriores de Crooks despertaram o interesse de um grande número de físicos no final do século XIX; entre eles, o alemão Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923).
Em um de seus experimentos com raios catódicos, Röntgen percebeu que um negativo de filme fotográfico virgem tinha sido sensibilizado, mostrando o fecho metálico de uma bolsa que estava colocada sobre o filme. A partir dessa observação acidental, ele propôs que, quando os raios catódicos se chocavam com vidro ou com metais, novos raios eram emitidos. Esses raios eram altamente energéticos e tinham a propriedade de sensibilizar até mesmo um filme fotográfico recoberto por papel preto. Experiências posteriores permitiram a Röntgen constatar que esses raios provocavam a fluorescência em alguns materiais, como no platinocianeto de bário. Como esses raios não eram desviados por um campo magnético, o cientista concluiu que eles não podiam ser partículas com cargas elétricas nem raios catódicos e denominou-os de raios X.
Atualmente, os raios X têm uma utilização importante: eles permitem que tenhamos uma visão do interior de nosso corpo, ajudando no diagnóstico e no tratamento de várias doenças e de fraturas ósseas.
Casal Marie e Pierre Curie
Pierre Curie nasceu em Paris em 15 de maio de 1859 e aí faleceu, vítima de um atropelamento, em 19 de abril de 1906. Em 1878, tornou-se assistente de laboratório da Sorbonne e dedicou-se ao estudo da cristalografia. Descobriu o fenômeno da piezoeletricidade, que é a produção de eletricidade por cristais quando comprimidos. Isso proporcionou a construção de aparelhos de medição elétrica de grande precisão. Em 1882 foi nomeado supervisor da Escola de Física e Química Industrial de Paris. Aí iniciou seus estudos sobre o magnetismo e a influência da temperatura nos materiais magnéticos. Em 25 de julho de 1895, casou-se com Marie Sklodowska, que se tornou conhecida como Madame Curie.
Marie Sklodowska Curie nasceu em Varsóvia, Polônia, em 7 de novembro de 1867 e faleceu em Sancellemoz, Suíça, em 4 de julho de 1934. Desde menina, demonstrou grande interesse pelo estudo das ciências. Após trabalhar arduamente como professora e governanta, conseguiu reunir algumas economias para, em 1891, partir para Paris e ingressar como estudante na Sorbonne, onde foi aluna de Pierre Curie. Enfrentando grandes dificuldades financeiras, estudou com afinco, até obter, em 1893, o diploma de doutora em Ciências Físicas, baseado no estudo das radiações de Becquerel. Em 1894, doutorou-se em Matemática. Em 1895, casou-se com Pierre Curie, do qual teve duas filhas - Irene (1897) e Eva (1904).
Trabalhando num galpão pobre, com poucos recursos, o casal Curie isolou, em 1898, um novo elemento químico, que foi denominado polônio, em homenagem à terra natal de Marie Curie; logo após o casal identificou o elemento rádio. Devido a esses trabalhos, o casal Curie recebeu, juntamente com Becquerel, o Prêmio Nobel de Física de 1903. O dinheiro do prêmio ajudou-os a equilibrar sua situação financeira. Os efeitos das radiações, desconhecidos na época, começaram, contudo, a minar a saúde do casal Curie.
Em 1904, Pierre Curie foi nomeado professor da Sorbonne, e Marie Curie, assistente-chefe do laboratório dirigido por seu marido. Após o duro golpe da morte de Pierre, por atropelamento, em 1906, Marie Curie foi indicada para substituí-lo - e tornou-se a primeira mulher a ser nomeada como professora da Sorbonne.
A partir desse momento, ela trabalhou arduamente à procura de novos elementos químicos; em 1910, conseguiu obter uma pequena quantidade de rádio puro no estado metálico. Como conseqüência, foi agraciada, em 1911, como o Prêmio Nobel de Química; até então, ninguém havia recebido duas vezes o Prêmio Nobel.
Em 1914, Marie Curie, juntamente com sua filha Irene Joliot Curie e seu genro Frederic Joliot, organizou o Instituto do Rádio, de Paris, que se tornou um grande centro de estudos da Física Nuclear e da Química.
Durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918), Marie Curie dedicou-se a desenvolvimento dos raios X para assistir os feridos de guerra, junto às trincheiras.
Em maio de 1934, Marie Curie sentiu-se mal, deixou o trabalho, foi para casa e nunca mais se levantou da cama. Debilitada, com anemia profunda, praticamente cega, morreu pelo contato com a radioatividade, que ela estudara com tanto carinho durante seus 34 anos de pesquisa.
Urânio
Em 1896, o físico francês Antoine-Henri Becquerel, que se dedicava ao estudo das substâncias fluorescentes, percebeu que um sal de urânio (o : sulfato duplo de potássio e uranila) era capaz de sensibilizar não só o negativo de um filme fotográfico - mesmo quando esse filme era recoberto por papel preto -, mas também finas lâminas de metal. Isso ocorria mesmo quando o sal de urânio não era estimulado por luz solar nem por raios catódicos. Assim, Becquerel, o descobridor do urânio, percebeu que esse material emitia raios com propriedades semelhantes às dos raios X e a essa propriedade ele denominou radioatividade.
Em 1897, a química nascida na Polônia e naturalizada francesa, Marie Sklodowska Curie (1867 - 1934), ao estudar vários compostos de urânio, demonstrou que a intensidade da radiação emitida era proporcional à quantidade de urânio presente na amostra. Assim, ficou claro que a radiação provinha especificamente dos átomos de urânio, e Marie Curie concluiu que essas radiações eram um fenômeno atômico. Nesse mesmo ano, o físico inglês Ernest Rutherford criou uma aparelhagem para estudar essas radiações.
Nessa aparelhagem, as radiações eram emitidas pelo material radioativo, contido no interior de um bloco de chumbo, e submetidas a um campo eletromagnético.
Depois de passarem pelo campo, algumas dessas radiações tinham sua trajetória desviada em direção à placa carregada negativamente; portanto, deviam apresentar cargas positivas na sua composição e foram denominadas raios alfa (a ).
Outro feixe de radiações era atraído pela placa positiva; portanto, elas deviam apresentar cargas negativas e foram denominadas raios beta (b ). Como tanto os raios alfa quanto os raios beta sofriam a ação do campo magnético, Rutherford concluiu que eles eram constituídos por partículas, chamadas alfa e beta, respectivamente, e que elas apresentavam massa. Comparando o desvio sofrido pelas partículas, concluiu também que as partículas alfa possuíam massa muito maior e, posteriormente, ele descobriu que essas partículas alfa eram constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons.
Em 1900, Becquerel comparou os desvios sofridos em um campo eletromagnético pelas partículas beta com aqueles sofridos pelos elétrons, descobertos em 1897 por Thomson. Dessa comparação, ele concluiu que as partículas beta e os elétrons eram iguais, ou seja, que os raios beta eram constituídos por elétrons. Até então, os elétrons eram associados à corrente elétrica; agora, eles também são associados aos átomos.
Nesse mesmo ano, o físico francês Paul Ulrich Villard, repetindo as experiências de Rutherford, percebeu a existência de outros raios que não eram afetados pelo campo eletromagnético. Esses raios não apresentavam nem carga nem massa, eram constituídos por ondas eletromagnéticas e foram denominados raios gama (g ). A radiação gama apresentava algumas semelhanças com os raios X, mas eram mais penetrantes, possuíam comprimento de onda menor e, por isso, mais energia.
Radiação
Existem na natureza alguns elementos fisicamente instáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emitem energia sob forma de radiação. Dá-se o nome de radioatividade justamente a essa propriedade que tais átomos têm de emitir radiação.
O urânio-235, o césio-137, o cobalto-60 e o tório-232 são exemplos de elementos fisicamente instáveis ou radioativos. Eles estão em constante e lenta desintegração, liberando energia através de ondas eletromagnéticas (raios g ) ou partículas subatômicas com altas velocidades (partículas a , b e nêutrons). Esses elementos, portanto, emitem radiação constantemente.
A radioatividade foi descoberta pelos cientistas no final do século passado. Até aquela época predominava a idéia de que os átomos eram as menores partículas de qualquer matéria e eram semelhantes a esferas sólidas. A descoberta da radiação revelou a existência de partículas menores que o átomo: os prótons e os nêutrons, que compõem o núcleo, e os elétrons, que giram em torno do núcleo. Essas partículas, chamadas de subatômicas, movimentam-se com altíssimas velocidades. Descobriu-se também que os átomos não são todos iguais. O átomo do hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). Já o átomo do urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons.
Os elementos radioativos são aqueles fisicamente instáveis, onde há um desequilíbrio na composição de elementos subatômicos e, como conseqüência disso, uma busca espontânea de equilíbrio através da desintegração ou emissão de energia.
Einstein
Albert Einstein (1879-1955) foi um físico e matemático alemão cuja teoria da relatividade espacial mudou as idéias sobre o espaço, o tempo e a natureza do universo. Em 1905, ele utilizou com sucesso a teoria quântica para explicar o efeito fotoelétrico, recebendo por isso o Prêmio Nobel de Física de 1921. Ainda em 1905, apresentou a teoria especial da relatividade, descrevendo os efeitos do movimento na forma de valores observados de comprimento, massa e tempo. Uma conseqüência dessa teoria é que a massa, m, é equivalente à energia, E, um conceito expresso pela equação, E=mc² onde c é a velocidade da luz. Essa é a base de todos os cálculos da energia liberada por reações nucleares. Ele expandiu suas idéias na teoria geral da relatividade, publicada em 1915, que é centrada na gravitação e nos efeitos do movimento acelerado. Sendo judeu, foi perseguido pelos nazistas e em 1932 teve de deixar a Alemanha. Depois de uma rápida passagem pela Inglaterra, fixou-se nos Estados Unidos e posteriormente tornou-se cidadão americano. Passou seus últimos anos tentando desenvolver uma grande teoria unificada - um único sistema matemático que incorporasse as leis da gravitação e do eletromagnetismo.
O Lado Útil
A radioatividade quando utilizada de forma controlada, pode trazer muitos benefícios para o homem. Hoje em dia ela é utilizada sob três formas básicas:
1- Uso da energia do núcleo do átomo;
2- Uso das radiações que têm a capacidade de atravessar a matéria e velar filmes (raios- X);
3- Uso da capacidade (Radioterapia ou esterilização de material médico);
Ao mesmo tempo em que as radiações podem trazer benefícios para a humanidade, também podem trazer malefícios como, por exemplo, a bomba atômica.
A Área que mais utiliza a radiação hoje em dia é a medicina, como na radiologia, na radioterapia e na medicina molecular.
A mais antiga e difundida área desta utilização é a radiologia, que estuda como se faz e interpreta a radiografia.
As radiografias não afetam a saúde da pessoa irradiada devido ao curto espaço de tempo em que a pessoa é exposta à radiação e também que este não constitui um ato rotineiro. Mesmo assim, mulheres no primeiro trimestre da gravidez devem evitar a exposição aos raios X.
A radioterapia e a medicina nuclear constituem uma outra área de atuação da medicina com o uso da radiação.
A radioterapia é destinada principalmente ao controle do câncer, uma vez que a radiação penetra no corpo e atinge tumores malignos. Na radioterapia o paciente fica exposto mais tempo à radiação e uma alta dose é dirigida à região a ser tratada. A radioterapia tem como principal objetivo a agressão de tecidos do corpo humano, no caso, os tumores
O objetivo da medicina nuclear visa o diagnóstico. Na medicina nuclear substâncias radioativas são injetadas pela veia do paciente, e, tempo depois este é colocado sob equipamentos que medem a radioatividade da droga injetada e que foi absorvida por certos órgãos do corpo. Assim é possível fazer um mapeamento de órgãos, dependendo do tipo de material injetado.
Na indústria alimentícia utilizam-se radiações de alta energia, evitando que frutas se estraguem mais rapidamente ou brotem ramificações, e assim possam ser armazenadas por maiores períodos de tempo.
A radiação, por atacar microorganismos, também é utilizada na esterilização de materiais.
Os Efeitos da Radioatividade no Ser Humano
Ser atingido por radiação é algo sutil e impossível de ser percebido imediatamente, já que no momento do impacto não ocorre dor ou lesão visível. Bem diferente de ser atingido por uma bala de revólver, por exemplo, cujo efeito destrutivo é sentido e constatado na hora.
A radiação ataca as células do corpo individualmente, fazendo com que os átomos que compõe essas células sofram alterações em sua estrutura. Eles podem perder elétrons (partículas com carga elétrica negativa) e as ligações químicas podem ser alteradas afetando o funcionamento das células. Isso, por sua vez, provoca com o tempo conseqüências biológicas no funcionamento do organismo como um todo, que podem ser pequenas ou graves. Algumas podem ser percebidas a curto prazo, outras a longo prazo; às vezes somente nos descendentes (filhos, netos) da pessoa que sofreu alguma alteração genética induzida pela radioatividade.
Polônio
a experiência de Rutherford, as partículas a , emitidas em alta velocidade pelo polônio, haviam conseguido penetrar no núcleo do nitrogênio transformando-o em oxigênio, com a sobra de um próton. Esse fato pode ser traduzido pela seguinte equação de transmutação.
A Energia Nuclear
o momento em que Einstein enunciou a lei segundo a qual há uma equivalência entre massa e energia, isto é, que se pode obter energia a partir da aniquilação de uma substância, ele desvendou a possibilidade de utilização da energia contida no núcleo do átomo. Efetivamente, quando o núcleo do átomo pesado, como o urânio ou o plutônio, é rompido para produzir núcleos de elementos mais leves, ele emite partículas denominadas nêutrons, que se deslocam com altíssimas velocidades, colidindo com outros núcleos e provocando novos rompimentos ou fissões. Propaga-se, assim, uma reação em cadeia, envolvendo um número cada vez maior de átomos e liberando uma quantidade cada vez maior de energia. A energia desprendida de cada núcleo é muito pequena; porém, dado o número imensamente grande de átomos contidos em uma pequena quantidade de matéria, esta, ao ser destruída, desprende quantidades incomensuráveis de energia útil.
Entretanto as partículas emitidas em grande quantidade e em altas velocidades pelos núcleos destruídos são capazes de transferir certas quantidades de sua energia para as substâncias com as quais tomem contato no seu trajeto, isto é, são capazes de transmitir radioatividade. Assim sendo, um reator nuclear, ao mesmo tempo em que gera energia, na forma de calor, para aquecer uma caldeira, produz também uma certa quantidade de resíduos altamente radioativos, que recebem o nome popular de lixo atômico. Esse lixo atômico é constituído de elementos tais como estrôncio, césio, iodo, criptônio, alumínio, cobalto e vários outros tornados radioativos por efeito das irradiações ocorridas durante o processo de fissão e operação de reator nuclear. Alguns deles, permanecem radioativos - isto é, emitindo radiações - durante centenas de anos, como é o caso do estrôncio e do césio.
Tais radiações são nocivas aos seres vivos. O grau de nocividade depende do tipo de radiação, da profundidade de sua penetração no organismo, do tamanho do ser vivo exposto à radiação e o tempo de exposição. Além de vários tipos de lesões que podem ser produzidas nas células e tecidos vivos, essas energias radiantes podem também causar interferência nas estruturas responsáveis pelos mecanismos hereditários, produzindo esterilidade ou câncer, resultantes de alterações no padrão de reprodução celular.
Consequentemente, persistem ainda grandes dúvidas sobre o grau de segurança oferecido pelo aproveitamento da energia do átomo, dúvidas essa, que foram acentuadas por alguma acidentes ocorridos em grandes centrais nucleares. Entre essas, destaca-se o desastre ocorrido em Chernobyl, na URSS, comprometendo a saúde e mesmo a sobrevivência de grande número de pessoas que viviam nas suas imediações e exigindo o desencadeamento de um processo de vigilância de níveis de radioatividade em enormes quantidades de alimentos - como carne, leite ou vegetais - em uma área muito grande a partir do local do acidente. Ainda hoje, passados já alguns anos da ocorrência do desastre, grandes quantidades de alimento tem de ser descartadas por estarem comprometidas.
À medida que os países (são cerca de 30 os que possuem instalações nucleares) adquirem maior experiência, aperfeiçoam o desempenho de seus reatores e trocam informações entre si, há uma tendência ao aumento do grau de segurança dessas instalações, a ponto de se poder admitir, hoje, que a probabilidade de ocorrência de novos desastres é extremamente baixa. Porém, tendo em vista a natureza e o extraordinário grau de impacto sobre o meio ambiente, pela imensa liberação de energias que pode ser produzida na explosão de uma dessas instalações, é necessário que a probabilidade se aproxime de zero, para poder ser aceita tranqüilamente pela sociedade.
Entretanto, não é apenas no caso de ocorrem acidentes que o processo de geração de energia nuclear ameaça o meio ambiente. As usinas nucleares existentes (cerca de 500, em todo mundo), já produziram, em apenas três décadas de funcionamento contínuo, várias toneladas de rejeitos altamente radioativos, segundo a Comissão Mundial Sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento, da Organização da Nações Unidas. E, segundo esta mesma Comissão, o problema da disposição desses rejeitos, continua sem solução, apesar do alto grau de sofisticação atingidos pelas tecnologias empregadas.
Os métodos utilizados consistem basicamente m procurar isolar o material radioativo do contato com o meio ambiente. Esse isolamento é feito mediante encerramento dos materiais em grandes "cofres" de aço ou cimento e de chumbo, e colocação em locais onde possam permanecer armazenados por várias centenas de anos. Esses locais podem ser minas abandonadas, poços profundos ou fossas existentes no fundo dos oceanos. Entretanto essas técnicas ainda não foram suficientemente testadas, em larga escala, para se saber de sua eficácia a prazos longos.
Diante disso, muitos técnicos manifestam uma posição de pessimismo ou pelo menos prudência em relação ao uso da energia de fissão, afirmando que há problemas demais sem solução e que são muitos os riscos para que a sociedade pense num futuro nuclear. Essas opiniões, associadas a um alto grau de ansiedade popular de alguns países, agravadas ainda pelos acidentes ocorridos - principalmente o de Chernobyl, cuja nuvem radioativa atingiu vários países da Europa - fazem com que a Austrália, Áustria, Dinamarca, Luxemburgo, Nova Zelândia, Noruega, Suécia e Irlanda observam algumas restrições quanto à política nuclear. Outros, como a Finlândia, Holanda, Itália, Iugoslávia e Suíça, estão reexaminando suas posições.
Por outro lado, muitos países continuam desenvolvendo e até incrementando seus programas nucleares. Na França, em 1985, 65% da energia gerada era fonte de energia nuclear, assim como 42% da energia gerada na Suécia, 31% da República Federal da Alemanha, 23% do Japão ( o país que foi duramente castigado pelas bombas atômicas na II Guerra Mundial), e assim por diante.
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COPYRIGHT AUTOR DO TEXTO
O final do século XIX e o início do século XX foram muito produtivos no que diz respeito às descobertas que envolveram a estrutura atômica.
Em 1875 William Crookes fez experiências com descargas elétricas em gases, a pressões baixíssimas, e descobriu os chamados raios catódicos, que levaram à descoberta dos elétrons. Em 1895, o físico alemão Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923) introduziu modificações na Ampola de Crooks e conseguiu produzir os raios X ( assim chamados porque eram de natureza desconhecida). Röntgen verificou também que os raios X tornavam fluorescentes certas substâncias. Por suas descobertas, Röntgen foi agraciado, em 1901, com o primeiro Prêmio Nobel de Física.
A propósito, lembramos aqui que as substâncias fluorescentes e fosforescentes emitem luz após receberem energia, como, por exemplo, as radiações eletromagnéticas (luz, raios X, etc.). Cessando o fornecimento de energia as fluorescentes param imediatamente de emitir luz (como os letreiros nas estradas de rodagem), enquanto as fosforescentes continuam emitindo luz por mais algum tempo, durante segundos ou até mesmo alguns dias (como, por exemplo, os ponteiros luminosos dos relógios).
Em 1896, o químico francês Henri Antoine Becquerel (1852-1908) procurou estudar o caminho inverso àquele observado por Roentgen, isto é, se as substâncias fluorescentes ou fosforescentes seriam também capazes de emitir, por si próprias, os raios X. Ao usar o sulfato duplo de potássio e uranila,, Becquerel verificou que, ainda que permanecesse no escuro muitos dias (e, portanto, sem receber energia externa), essa substância conseguia emitir radiações que impressionavam chapas fotográficas mesmo quando envolvidas em papel preto. Sem dúvida, alguma emissão desconhecida estava saindo daquele sulfato, atravessando o papel e chegando até a chapa fotográfica. Essas emissões foram chamadas inicialmente de Raios de Becquerel e, posteriormente, de emissões radioativas ou radioatividade.
Posteriormente, o casal Marie e Pierre Curie verificou que todos os sais de urânio apresentavam a propriedade de impressionar chapas fotográficas; concluiu-se, então, que o responsável pelas emissões era o próprio urânio.
Extraindo e purificando o urânio do minério pechblenda –– proveniente da Tchecoslováquia, o casal Curie verificou que as impurezas eram mais radioativas que o próprio urânio; dessas impurezas, eles separaram, em 1898, um novo elemento químico, o polônio, 400 vezes mais radioativo que o urânio.
Novas separações e purificações feitas por Marie Curie levaram à descoberta do elemento químico rádio, 900 vezes mais radioativo que o urânio. Sua forte radioatividade faz com que o metal rádio apresente uma temperatura ligeiramente superior ao meio ambiente e também o torna luminescente (azulado) quando no escuro; além disso, o rádio torna fluorescente várias substâncias, como, por exemplo, ZnS, BaS, etc.
Raio X
Descoberta dos raios catódicos e os trabalhos posteriores de Crooks despertaram o interesse de um grande número de físicos no final do século XIX; entre eles, o alemão Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923).
Em um de seus experimentos com raios catódicos, Röntgen percebeu que um negativo de filme fotográfico virgem tinha sido sensibilizado, mostrando o fecho metálico de uma bolsa que estava colocada sobre o filme. A partir dessa observação acidental, ele propôs que, quando os raios catódicos se chocavam com vidro ou com metais, novos raios eram emitidos. Esses raios eram altamente energéticos e tinham a propriedade de sensibilizar até mesmo um filme fotográfico recoberto por papel preto. Experiências posteriores permitiram a Röntgen constatar que esses raios provocavam a fluorescência em alguns materiais, como no platinocianeto de bário. Como esses raios não eram desviados por um campo magnético, o cientista concluiu que eles não podiam ser partículas com cargas elétricas nem raios catódicos e denominou-os de raios X.
Atualmente, os raios X têm uma utilização importante: eles permitem que tenhamos uma visão do interior de nosso corpo, ajudando no diagnóstico e no tratamento de várias doenças e de fraturas ósseas.
Casal Marie e Pierre Curie
Pierre Curie nasceu em Paris em 15 de maio de 1859 e aí faleceu, vítima de um atropelamento, em 19 de abril de 1906. Em 1878, tornou-se assistente de laboratório da Sorbonne e dedicou-se ao estudo da cristalografia. Descobriu o fenômeno da piezoeletricidade, que é a produção de eletricidade por cristais quando comprimidos. Isso proporcionou a construção de aparelhos de medição elétrica de grande precisão. Em 1882 foi nomeado supervisor da Escola de Física e Química Industrial de Paris. Aí iniciou seus estudos sobre o magnetismo e a influência da temperatura nos materiais magnéticos. Em 25 de julho de 1895, casou-se com Marie Sklodowska, que se tornou conhecida como Madame Curie.
Marie Sklodowska Curie nasceu em Varsóvia, Polônia, em 7 de novembro de 1867 e faleceu em Sancellemoz, Suíça, em 4 de julho de 1934. Desde menina, demonstrou grande interesse pelo estudo das ciências. Após trabalhar arduamente como professora e governanta, conseguiu reunir algumas economias para, em 1891, partir para Paris e ingressar como estudante na Sorbonne, onde foi aluna de Pierre Curie. Enfrentando grandes dificuldades financeiras, estudou com afinco, até obter, em 1893, o diploma de doutora em Ciências Físicas, baseado no estudo das radiações de Becquerel. Em 1894, doutorou-se em Matemática. Em 1895, casou-se com Pierre Curie, do qual teve duas filhas - Irene (1897) e Eva (1904).
Trabalhando num galpão pobre, com poucos recursos, o casal Curie isolou, em 1898, um novo elemento químico, que foi denominado polônio, em homenagem à terra natal de Marie Curie; logo após o casal identificou o elemento rádio. Devido a esses trabalhos, o casal Curie recebeu, juntamente com Becquerel, o Prêmio Nobel de Física de 1903. O dinheiro do prêmio ajudou-os a equilibrar sua situação financeira. Os efeitos das radiações, desconhecidos na época, começaram, contudo, a minar a saúde do casal Curie.
Em 1904, Pierre Curie foi nomeado professor da Sorbonne, e Marie Curie, assistente-chefe do laboratório dirigido por seu marido. Após o duro golpe da morte de Pierre, por atropelamento, em 1906, Marie Curie foi indicada para substituí-lo - e tornou-se a primeira mulher a ser nomeada como professora da Sorbonne.
A partir desse momento, ela trabalhou arduamente à procura de novos elementos químicos; em 1910, conseguiu obter uma pequena quantidade de rádio puro no estado metálico. Como conseqüência, foi agraciada, em 1911, como o Prêmio Nobel de Química; até então, ninguém havia recebido duas vezes o Prêmio Nobel.
Em 1914, Marie Curie, juntamente com sua filha Irene Joliot Curie e seu genro Frederic Joliot, organizou o Instituto do Rádio, de Paris, que se tornou um grande centro de estudos da Física Nuclear e da Química.
Durante a Primeira Guerra Mundial (1914-1918), Marie Curie dedicou-se a desenvolvimento dos raios X para assistir os feridos de guerra, junto às trincheiras.
Em maio de 1934, Marie Curie sentiu-se mal, deixou o trabalho, foi para casa e nunca mais se levantou da cama. Debilitada, com anemia profunda, praticamente cega, morreu pelo contato com a radioatividade, que ela estudara com tanto carinho durante seus 34 anos de pesquisa.
Urânio
Em 1896, o físico francês Antoine-Henri Becquerel, que se dedicava ao estudo das substâncias fluorescentes, percebeu que um sal de urânio (o : sulfato duplo de potássio e uranila) era capaz de sensibilizar não só o negativo de um filme fotográfico - mesmo quando esse filme era recoberto por papel preto -, mas também finas lâminas de metal. Isso ocorria mesmo quando o sal de urânio não era estimulado por luz solar nem por raios catódicos. Assim, Becquerel, o descobridor do urânio, percebeu que esse material emitia raios com propriedades semelhantes às dos raios X e a essa propriedade ele denominou radioatividade.
Em 1897, a química nascida na Polônia e naturalizada francesa, Marie Sklodowska Curie (1867 - 1934), ao estudar vários compostos de urânio, demonstrou que a intensidade da radiação emitida era proporcional à quantidade de urânio presente na amostra. Assim, ficou claro que a radiação provinha especificamente dos átomos de urânio, e Marie Curie concluiu que essas radiações eram um fenômeno atômico. Nesse mesmo ano, o físico inglês Ernest Rutherford criou uma aparelhagem para estudar essas radiações.
Nessa aparelhagem, as radiações eram emitidas pelo material radioativo, contido no interior de um bloco de chumbo, e submetidas a um campo eletromagnético.
Depois de passarem pelo campo, algumas dessas radiações tinham sua trajetória desviada em direção à placa carregada negativamente; portanto, deviam apresentar cargas positivas na sua composição e foram denominadas raios alfa (a ).
Outro feixe de radiações era atraído pela placa positiva; portanto, elas deviam apresentar cargas negativas e foram denominadas raios beta (b ). Como tanto os raios alfa quanto os raios beta sofriam a ação do campo magnético, Rutherford concluiu que eles eram constituídos por partículas, chamadas alfa e beta, respectivamente, e que elas apresentavam massa. Comparando o desvio sofrido pelas partículas, concluiu também que as partículas alfa possuíam massa muito maior e, posteriormente, ele descobriu que essas partículas alfa eram constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons.
Em 1900, Becquerel comparou os desvios sofridos em um campo eletromagnético pelas partículas beta com aqueles sofridos pelos elétrons, descobertos em 1897 por Thomson. Dessa comparação, ele concluiu que as partículas beta e os elétrons eram iguais, ou seja, que os raios beta eram constituídos por elétrons. Até então, os elétrons eram associados à corrente elétrica; agora, eles também são associados aos átomos.
Nesse mesmo ano, o físico francês Paul Ulrich Villard, repetindo as experiências de Rutherford, percebeu a existência de outros raios que não eram afetados pelo campo eletromagnético. Esses raios não apresentavam nem carga nem massa, eram constituídos por ondas eletromagnéticas e foram denominados raios gama (g ). A radiação gama apresentava algumas semelhanças com os raios X, mas eram mais penetrantes, possuíam comprimento de onda menor e, por isso, mais energia.
Radiação
Existem na natureza alguns elementos fisicamente instáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emitem energia sob forma de radiação. Dá-se o nome de radioatividade justamente a essa propriedade que tais átomos têm de emitir radiação.
O urânio-235, o césio-137, o cobalto-60 e o tório-232 são exemplos de elementos fisicamente instáveis ou radioativos. Eles estão em constante e lenta desintegração, liberando energia através de ondas eletromagnéticas (raios g ) ou partículas subatômicas com altas velocidades (partículas a , b e nêutrons). Esses elementos, portanto, emitem radiação constantemente.
A radioatividade foi descoberta pelos cientistas no final do século passado. Até aquela época predominava a idéia de que os átomos eram as menores partículas de qualquer matéria e eram semelhantes a esferas sólidas. A descoberta da radiação revelou a existência de partículas menores que o átomo: os prótons e os nêutrons, que compõem o núcleo, e os elétrons, que giram em torno do núcleo. Essas partículas, chamadas de subatômicas, movimentam-se com altíssimas velocidades. Descobriu-se também que os átomos não são todos iguais. O átomo do hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). Já o átomo do urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons.
Os elementos radioativos são aqueles fisicamente instáveis, onde há um desequilíbrio na composição de elementos subatômicos e, como conseqüência disso, uma busca espontânea de equilíbrio através da desintegração ou emissão de energia.
Einstein
Albert Einstein (1879-1955) foi um físico e matemático alemão cuja teoria da relatividade espacial mudou as idéias sobre o espaço, o tempo e a natureza do universo. Em 1905, ele utilizou com sucesso a teoria quântica para explicar o efeito fotoelétrico, recebendo por isso o Prêmio Nobel de Física de 1921. Ainda em 1905, apresentou a teoria especial da relatividade, descrevendo os efeitos do movimento na forma de valores observados de comprimento, massa e tempo. Uma conseqüência dessa teoria é que a massa, m, é equivalente à energia, E, um conceito expresso pela equação, E=mc² onde c é a velocidade da luz. Essa é a base de todos os cálculos da energia liberada por reações nucleares. Ele expandiu suas idéias na teoria geral da relatividade, publicada em 1915, que é centrada na gravitação e nos efeitos do movimento acelerado. Sendo judeu, foi perseguido pelos nazistas e em 1932 teve de deixar a Alemanha. Depois de uma rápida passagem pela Inglaterra, fixou-se nos Estados Unidos e posteriormente tornou-se cidadão americano. Passou seus últimos anos tentando desenvolver uma grande teoria unificada - um único sistema matemático que incorporasse as leis da gravitação e do eletromagnetismo.
O Lado Útil
A radioatividade quando utilizada de forma controlada, pode trazer muitos benefícios para o homem. Hoje em dia ela é utilizada sob três formas básicas:
1- Uso da energia do núcleo do átomo;
2- Uso das radiações que têm a capacidade de atravessar a matéria e velar filmes (raios- X);
3- Uso da capacidade (Radioterapia ou esterilização de material médico);
Ao mesmo tempo em que as radiações podem trazer benefícios para a humanidade, também podem trazer malefícios como, por exemplo, a bomba atômica.
A Área que mais utiliza a radiação hoje em dia é a medicina, como na radiologia, na radioterapia e na medicina molecular.
A mais antiga e difundida área desta utilização é a radiologia, que estuda como se faz e interpreta a radiografia.
As radiografias não afetam a saúde da pessoa irradiada devido ao curto espaço de tempo em que a pessoa é exposta à radiação e também que este não constitui um ato rotineiro. Mesmo assim, mulheres no primeiro trimestre da gravidez devem evitar a exposição aos raios X.
A radioterapia e a medicina nuclear constituem uma outra área de atuação da medicina com o uso da radiação.
A radioterapia é destinada principalmente ao controle do câncer, uma vez que a radiação penetra no corpo e atinge tumores malignos. Na radioterapia o paciente fica exposto mais tempo à radiação e uma alta dose é dirigida à região a ser tratada. A radioterapia tem como principal objetivo a agressão de tecidos do corpo humano, no caso, os tumores
O objetivo da medicina nuclear visa o diagnóstico. Na medicina nuclear substâncias radioativas são injetadas pela veia do paciente, e, tempo depois este é colocado sob equipamentos que medem a radioatividade da droga injetada e que foi absorvida por certos órgãos do corpo. Assim é possível fazer um mapeamento de órgãos, dependendo do tipo de material injetado.
Na indústria alimentícia utilizam-se radiações de alta energia, evitando que frutas se estraguem mais rapidamente ou brotem ramificações, e assim possam ser armazenadas por maiores períodos de tempo.
A radiação, por atacar microorganismos, também é utilizada na esterilização de materiais.
Os Efeitos da Radioatividade no Ser Humano
Ser atingido por radiação é algo sutil e impossível de ser percebido imediatamente, já que no momento do impacto não ocorre dor ou lesão visível. Bem diferente de ser atingido por uma bala de revólver, por exemplo, cujo efeito destrutivo é sentido e constatado na hora.
A radiação ataca as células do corpo individualmente, fazendo com que os átomos que compõe essas células sofram alterações em sua estrutura. Eles podem perder elétrons (partículas com carga elétrica negativa) e as ligações químicas podem ser alteradas afetando o funcionamento das células. Isso, por sua vez, provoca com o tempo conseqüências biológicas no funcionamento do organismo como um todo, que podem ser pequenas ou graves. Algumas podem ser percebidas a curto prazo, outras a longo prazo; às vezes somente nos descendentes (filhos, netos) da pessoa que sofreu alguma alteração genética induzida pela radioatividade.
Polônio
a experiência de Rutherford, as partículas a , emitidas em alta velocidade pelo polônio, haviam conseguido penetrar no núcleo do nitrogênio transformando-o em oxigênio, com a sobra de um próton. Esse fato pode ser traduzido pela seguinte equação de transmutação.
A Energia Nuclear
o momento em que Einstein enunciou a lei segundo a qual há uma equivalência entre massa e energia, isto é, que se pode obter energia a partir da aniquilação de uma substância, ele desvendou a possibilidade de utilização da energia contida no núcleo do átomo. Efetivamente, quando o núcleo do átomo pesado, como o urânio ou o plutônio, é rompido para produzir núcleos de elementos mais leves, ele emite partículas denominadas nêutrons, que se deslocam com altíssimas velocidades, colidindo com outros núcleos e provocando novos rompimentos ou fissões. Propaga-se, assim, uma reação em cadeia, envolvendo um número cada vez maior de átomos e liberando uma quantidade cada vez maior de energia. A energia desprendida de cada núcleo é muito pequena; porém, dado o número imensamente grande de átomos contidos em uma pequena quantidade de matéria, esta, ao ser destruída, desprende quantidades incomensuráveis de energia útil.
Entretanto as partículas emitidas em grande quantidade e em altas velocidades pelos núcleos destruídos são capazes de transferir certas quantidades de sua energia para as substâncias com as quais tomem contato no seu trajeto, isto é, são capazes de transmitir radioatividade. Assim sendo, um reator nuclear, ao mesmo tempo em que gera energia, na forma de calor, para aquecer uma caldeira, produz também uma certa quantidade de resíduos altamente radioativos, que recebem o nome popular de lixo atômico. Esse lixo atômico é constituído de elementos tais como estrôncio, césio, iodo, criptônio, alumínio, cobalto e vários outros tornados radioativos por efeito das irradiações ocorridas durante o processo de fissão e operação de reator nuclear. Alguns deles, permanecem radioativos - isto é, emitindo radiações - durante centenas de anos, como é o caso do estrôncio e do césio.
Tais radiações são nocivas aos seres vivos. O grau de nocividade depende do tipo de radiação, da profundidade de sua penetração no organismo, do tamanho do ser vivo exposto à radiação e o tempo de exposição. Além de vários tipos de lesões que podem ser produzidas nas células e tecidos vivos, essas energias radiantes podem também causar interferência nas estruturas responsáveis pelos mecanismos hereditários, produzindo esterilidade ou câncer, resultantes de alterações no padrão de reprodução celular.
Consequentemente, persistem ainda grandes dúvidas sobre o grau de segurança oferecido pelo aproveitamento da energia do átomo, dúvidas essa, que foram acentuadas por alguma acidentes ocorridos em grandes centrais nucleares. Entre essas, destaca-se o desastre ocorrido em Chernobyl, na URSS, comprometendo a saúde e mesmo a sobrevivência de grande número de pessoas que viviam nas suas imediações e exigindo o desencadeamento de um processo de vigilância de níveis de radioatividade em enormes quantidades de alimentos - como carne, leite ou vegetais - em uma área muito grande a partir do local do acidente. Ainda hoje, passados já alguns anos da ocorrência do desastre, grandes quantidades de alimento tem de ser descartadas por estarem comprometidas.
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Entretanto, não é apenas no caso de ocorrem acidentes que o processo de geração de energia nuclear ameaça o meio ambiente. As usinas nucleares existentes (cerca de 500, em todo mundo), já produziram, em apenas três décadas de funcionamento contínuo, várias toneladas de rejeitos altamente radioativos, segundo a Comissão Mundial Sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento, da Organização da Nações Unidas. E, segundo esta mesma Comissão, o problema da disposição desses rejeitos, continua sem solução, apesar do alto grau de sofisticação atingidos pelas tecnologias empregadas.
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Por outro lado, muitos países continuam desenvolvendo e até incrementando seus programas nucleares. Na França, em 1985, 65% da energia gerada era fonte de energia nuclear, assim como 42% da energia gerada na Suécia, 31% da República Federal da Alemanha, 23% do Japão ( o país que foi duramente castigado pelas bombas atômicas na II Guerra Mundial), e assim por diante.
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10186 - HISTÓRIA DO ÁTOMO
Início > Trabalhos de Estudantes > Físico-Química > 10º Ano
Trabalhos de Estudantes
Trabalhos de Físico-Química - 10º Ano
História do Átomo
Autores: Carolina Carrujo e Patrícia Veloso
Escola: Escola Secundária Manuel Teixeira Gomes
Data de Publicação: 12/03/2007
Resumo do Trabalho: Trabalho sobre a história do átomo, incluindo os diversos modelos de átomo desenvolvidos, efectuado no âmbito da disciplina de Físico-Química (10º ano). Ver o Trabalho Completo
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História do Átomo
Introdução
No âmbito da disciplina de Físico-química foi-nos proposto elaborar um trabalho, cujo tema sorteado, poderia ser a História do átomo ou a Tabela Periódica. Foi-nos sorteado o tema História do átomo.
Iremos pesquisar sobre cada um dos modelos atómicos e respectivas teorias que evoluíram durante o tempo e que permitiram a concepção do modelo atómico actual.
Outro dos nossos objectivos é descobrir a origem da palavra átomo.
Para este trabalho utilizaremos a Internet e o manual do 10º ano desta disciplina.
História do átomo
Como surgiu o nome de átomo?
Na antiguidade acreditava-se que dividindo a matéria em pedaços cada vez menores, chegar-se-ia num ponto onde partículas, cada vez menores, seriam invisíveis ao olho humano e, segundo alguns pensadores, indivisíveis. Graças a essa propriedade, receberam o nome de átomos, termo que significa sem partes, em grego.
Atomismo grego
O atomismo foi a teoria cujas intuições mais se aproximaram das modernas concepções científicas sobre o modelo atómico.
No século V a.C. (450 a.C.) Leucipo de Mileto juntamente a seu discípulo Demócrito de Abdera, (400 a.C.), considerado o pai do atomismo grego avaliaram sobre a natureza da matéria de forma elegante e precisa.
Demócrito, propôs que a realidade, o todo, se compõe não só de átomos ou partículas indivisíveis de natureza idêntica, conforme proposto por Parmênides. Demócrito acreditava que o vácuo era um não ente. Esta tese entrou em franca contradição com a ontologia parmenídea.
Heráclito postulava que não-ente (vácuo) e matéria (ente) desde a eternidade interagem entre si dando origem ao movimento. E que os átomos apresentam as propriedades de: forma; movimento; tamanho e impenetrabilidade e, por meio de choques entre si, dão origem a objectos visíveis.
Segundo Demócrito a matéria era descontínua, portanto, ao invés dos corpos macroscópicos, os corpos microscópicos, ou átomos não interpenetram-se nem dividem-se, sendo as suas mudanças observadas em certos fenómenos físicos e químicos como associações de átomos e suas dissociações e que qualquer matéria é resultado da combinação de átomos dos quatro elementos: ar; fogo; água e terra. Aristóteles, ao contrário de Demócrito, postulou a continuidade da matéria, ou, não constituída por partículas indivisíveis.
Em 60 a.C., Lucrécio compôs o poema De Rerum Natura, que analisava sobre o atomismo de Demócrito.
Os filósofos porém, adoptaram o modelo atómico de Aristóteles, da matéria contínua, que foi seguido pelos pensadores e cientistas até o século XVI d.C.
Teoria atómica, esfera de Dalton
O professor da universidade inglesa New College de Manchester, John Dalton foi o criador da primeira teoria atómica moderna na passagem do século XVIII para o século XIX.
Em 1803 Dalton publicou o trabalho Absorption of Gases by Water and Other Liquids, (Absorção de gases pela água e outros líquidos), neste delineou os princípios do seu modelo atómico.
Segundo Dalton:
· A matéria é formada por partículas muito pequenas designadas átomos.
· Átomos de um mesmo elemento possuem propriedades iguais.
· Átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes.
· Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis.
· Os átomos de diferentes elementos combinam-se entre si formando compostos.
Em 1808, Dalton propôs a teoria do modelo atómico, onde o átomo é uma minúscula esfera maciça, impenetrável, indestrutível e indivisível. Todos os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos. O seu modelo atómico foi chamado de modelo atómico da bola de bilhar. Em 1810 foi publicada a obra New System of Chemical Philosophy (Novo sistema de filosofia química), nesse trabalho havia teses que provavam as suas observações, como a lei das pressões parciais, chamada de Lei de Dalton, entre outras relativas à constituição da matéria. Para Dalton o átomo era um sistema contínuo. Apesar de um modelo simples, Dalton deu um grande passo na elaboração de um modelo atómico, pois foi o que instigou na busca por algumas respostas e proposição de futuros modelos. Modelo de Dalton: A matéria é constituída de diminutas partículas amontoadas como laranjas.
Segundo a teoria de Dalton
Modelo “pudim de passas” de J.J.Thomson
O modelo atómico de Thomson (também conhecido como modelo do pudim de passas ou ainda como modelo do bolo de ameixa) é uma teoria sobre a estrutura atómica proposta por Joseph John Thomson, descobridor do electrão, antes do descobrimento do protão ou do neutrão. Neste modelo, o átomo é composto de electrões embebidos numa sopa de carga positiva, como as passas num pudim. Acreditava-se que os electrões distribuíam-se uniformemente no átomo. Em outras oportunidades, postulava-se que no lugar de uma sopa de carga positiva seria uma nuvem de carga positiva.
O modelo de Thomson foi superado após a experiência de Rutherford, quando foi descoberto o núcleo do átomo, originando um novo modelo atómico conhecido como modelo atómico de Rutherford.
Modelo de Thomson
Teoria do núcleo atómico de Rutheford
As bases para o desenvolvimento da física nuclear foram lançadas por Ernest Rutherford ao desenvolver a sua teoria sobre a estrutura atómica. O cientista estudou por três anos o comportamento dos feixes de partículas ou raios X, além da emissão de radioactividade pelo elemento Urânio.
Uma das inúmeras experiências realizadas foi a que demonstrava o espalhamento das partículas alfa. Esta foi base experimental do modelo atómico chamado modelo nuclear onde electrões orbitavam em torno de um núcleo. Durante as suas pesquisas Rutherford observou que para cada 10.000 partículas alfa aceleradas incidindo numa lâmina de ouro, apenas uma reflectia ou se desviava de sua trajectória. A conclusão foi que o raio de um átomo poderia ser em torno de 10.000 vezes maior que o raio do seu núcleo.
Rutherford e Frederick Soddy ainda, descobriram a existência dos raios gama e estabeleceram as leis das transições radioactivas das séries do tório, do actínio e do rádio.
O modelo atómico de Rutherford ficou conhecido como modelo planetário, pela sua semelhança com a formação do Sistema Solar.
Em 1911, Ernest Rutherford propôs o modelo de átomo com movimentos planetários. Este modelo foi estudado e aperfeiçoado por Niels Bohr, que acabou por demonstrar a natureza das partículas alfa como núcleos de hélio.
Modelo de Rutheford
Modelo Atómico de Chadwick
Posteriormente, em 1932, Chadwick descobriu que no núcleo também existem os neutrões, que são partículas sem carga. Estava composto então o quadro de partículas que compõem o átomo:
Modelo atómico de Bohr- Rutheford
A teoria orbital de Rutherford encontrou uma dificuldade teórica resolvida por Niels Bohr.
No momento em que temos uma carga eléctrica negativa composta pelos electrões girando ao redor de um núcleo de carga positiva, este movimento gera uma perda de energia devido a emissão de radiação constante. Num dado momento, os electrões vão se aproximar do núcleo num movimento em espiral e cair sobre si.
Em 1911, Niels Bohr publicou uma tese que demonstrava o comportamento electrónico dos metais. Na mesma época, foi trabalhar com Ernest Rutherford em Manchester, Inglaterra. Lá obteve os dados precisos do modelo atómico, que iriam lhe ajudar posteriormente.
Em 1913, observando as dificuldades do modelo de Rutherford, Bohr intensificou suas pesquisas visando uma solução teórica.
Em 1916, Niels Bohr retornou para Copenhague para actuar como professor de física. Continuando suas pesquisas sobre o modelo atómico de Rutherford.
Em 1920, nomeado director do Instituto de Física Teórica, Bohr acabou desenvolvendo um modelo atómico que unificava a teoria atómica de Rutherford e a teoria da mecânica quântica de Max Planck.
Sua teoria consistia que ao girar em torno de um núcleo central, os electrões deveriam girar em órbitas específicas com níveis energéticos bem definidos. Que poderia haver a emissão ou absorção de pacotes discretos de energia chamados de quanta ao mudar de órbita.
Realizando estudos nos elementos químicos com mais de dois electrões, concluiu que se tratava de uma organização bem definida em camadas. Descobriu ainda que as propriedades químicas dos elementos eram determinadas pela camada mais externa.
Bohr enunciou o princípio da complementaridade, segundo o qual um fenómeno físico deve ser observado a partir de dois pontos de vista diferentes e não excludentes. Observou que existiam paradoxos onde poderia haver o comportamento de onda e de partícula dos electrões, dependendo do ponto de vista.
Essa teoria acabou por se transformar na hipótese proposta por Louis de Broglie (Louis Victor Pierre Raymond, sétimo duque de Broglie) onde todo corpúsculo atómico pode comportar-se de duas formas, como onda e como partícula.
Modelo de Bohr-Rutheford
Modelo quântico, nuvens electrónicas de Heisenberg e outros
Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg, reunindo os conhecimentos de seus predecessores e contemporâneos, acabaram por desenvolver uma nova teoria do modelo atómico, além de postular uma nova visão, chamada de mecânica ondulatória.
Fundamentada na hipótese proposta por Broglie onde todo corpúsculo atómico pode comportar-se como onda e como partícula, Heisenberg, em 1925, postulou o princípio da incerteza.
A ideia de órbita electrónica acabou por ficar desconexa, sendo substituída pelo conceito de probabilidade de se encontrar num instante qualquer um dado electrão numa determinada região do espaço.
O átomo deixou de ser indivisível como acreditavam filósofos gregos antigos e Dalton. O modelo atómico portanto passou a se constituir na verdade, de uma estrutura complexa.
Modelo actual
Todos estes modelos foram, na verdade, precursores do actual modelo atómico, cujas órbitas bem definidas dos electrões foram substituídas por zonas de probabilidade electrónica – as orbitais.
Modelo atómico actual
Conclusão
Com este trabalho concluímos que a palavra átomo provém do grego e significa “sem partes”.
Ficamos também a conhecer um pouco melhor a história do átomo, nomeadamente acerca do atomismo grego e dos modelos atómicos de Dalton, J. J. Thomson, Rutheford, Chadwick, Bohr, de Heisenberg e outros.
Percebemos também que todos os modelos foram bastante importantes para a formação do modelo atómico actual.
Adquirimos mais conhecimentos e consolidamos outros acerca do átomo.
Bibliografia
Recuperado in:
http://nautilus.fis.uc.pt/cec/hiper/paula%20ribeiro/www.paularibeiro.no.sapo.pt/historia_do_atomo.htm
http://web.rcts.pt/fq/atomo/historia.htm;
http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/
fisico_quimica/fisico_quimica_trabalhos/historiaatomo.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo ;
Maciel, Noémia, e.a., Eu e a Química, Porto, Porto Editora, 2003
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COPYRIGHT AUTOR DO TEWXTO
Trabalhos de Estudantes
Trabalhos de Físico-Química - 10º Ano
História do Átomo
Autores: Carolina Carrujo e Patrícia Veloso
Escola: Escola Secundária Manuel Teixeira Gomes
Data de Publicação: 12/03/2007
Resumo do Trabalho: Trabalho sobre a história do átomo, incluindo os diversos modelos de átomo desenvolvidos, efectuado no âmbito da disciplina de Físico-Química (10º ano). Ver o Trabalho Completo
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História do Átomo
Introdução
No âmbito da disciplina de Físico-química foi-nos proposto elaborar um trabalho, cujo tema sorteado, poderia ser a História do átomo ou a Tabela Periódica. Foi-nos sorteado o tema História do átomo.
Iremos pesquisar sobre cada um dos modelos atómicos e respectivas teorias que evoluíram durante o tempo e que permitiram a concepção do modelo atómico actual.
Outro dos nossos objectivos é descobrir a origem da palavra átomo.
Para este trabalho utilizaremos a Internet e o manual do 10º ano desta disciplina.
História do átomo
Como surgiu o nome de átomo?
Na antiguidade acreditava-se que dividindo a matéria em pedaços cada vez menores, chegar-se-ia num ponto onde partículas, cada vez menores, seriam invisíveis ao olho humano e, segundo alguns pensadores, indivisíveis. Graças a essa propriedade, receberam o nome de átomos, termo que significa sem partes, em grego.
Atomismo grego
O atomismo foi a teoria cujas intuições mais se aproximaram das modernas concepções científicas sobre o modelo atómico.
No século V a.C. (450 a.C.) Leucipo de Mileto juntamente a seu discípulo Demócrito de Abdera, (400 a.C.), considerado o pai do atomismo grego avaliaram sobre a natureza da matéria de forma elegante e precisa.
Demócrito, propôs que a realidade, o todo, se compõe não só de átomos ou partículas indivisíveis de natureza idêntica, conforme proposto por Parmênides. Demócrito acreditava que o vácuo era um não ente. Esta tese entrou em franca contradição com a ontologia parmenídea.
Heráclito postulava que não-ente (vácuo) e matéria (ente) desde a eternidade interagem entre si dando origem ao movimento. E que os átomos apresentam as propriedades de: forma; movimento; tamanho e impenetrabilidade e, por meio de choques entre si, dão origem a objectos visíveis.
Segundo Demócrito a matéria era descontínua, portanto, ao invés dos corpos macroscópicos, os corpos microscópicos, ou átomos não interpenetram-se nem dividem-se, sendo as suas mudanças observadas em certos fenómenos físicos e químicos como associações de átomos e suas dissociações e que qualquer matéria é resultado da combinação de átomos dos quatro elementos: ar; fogo; água e terra. Aristóteles, ao contrário de Demócrito, postulou a continuidade da matéria, ou, não constituída por partículas indivisíveis.
Em 60 a.C., Lucrécio compôs o poema De Rerum Natura, que analisava sobre o atomismo de Demócrito.
Os filósofos porém, adoptaram o modelo atómico de Aristóteles, da matéria contínua, que foi seguido pelos pensadores e cientistas até o século XVI d.C.
Teoria atómica, esfera de Dalton
O professor da universidade inglesa New College de Manchester, John Dalton foi o criador da primeira teoria atómica moderna na passagem do século XVIII para o século XIX.
Em 1803 Dalton publicou o trabalho Absorption of Gases by Water and Other Liquids, (Absorção de gases pela água e outros líquidos), neste delineou os princípios do seu modelo atómico.
Segundo Dalton:
· A matéria é formada por partículas muito pequenas designadas átomos.
· Átomos de um mesmo elemento possuem propriedades iguais.
· Átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes.
· Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis.
· Os átomos de diferentes elementos combinam-se entre si formando compostos.
Em 1808, Dalton propôs a teoria do modelo atómico, onde o átomo é uma minúscula esfera maciça, impenetrável, indestrutível e indivisível. Todos os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos. O seu modelo atómico foi chamado de modelo atómico da bola de bilhar. Em 1810 foi publicada a obra New System of Chemical Philosophy (Novo sistema de filosofia química), nesse trabalho havia teses que provavam as suas observações, como a lei das pressões parciais, chamada de Lei de Dalton, entre outras relativas à constituição da matéria. Para Dalton o átomo era um sistema contínuo. Apesar de um modelo simples, Dalton deu um grande passo na elaboração de um modelo atómico, pois foi o que instigou na busca por algumas respostas e proposição de futuros modelos. Modelo de Dalton: A matéria é constituída de diminutas partículas amontoadas como laranjas.
Segundo a teoria de Dalton
Modelo “pudim de passas” de J.J.Thomson
O modelo atómico de Thomson (também conhecido como modelo do pudim de passas ou ainda como modelo do bolo de ameixa) é uma teoria sobre a estrutura atómica proposta por Joseph John Thomson, descobridor do electrão, antes do descobrimento do protão ou do neutrão. Neste modelo, o átomo é composto de electrões embebidos numa sopa de carga positiva, como as passas num pudim. Acreditava-se que os electrões distribuíam-se uniformemente no átomo. Em outras oportunidades, postulava-se que no lugar de uma sopa de carga positiva seria uma nuvem de carga positiva.
O modelo de Thomson foi superado após a experiência de Rutherford, quando foi descoberto o núcleo do átomo, originando um novo modelo atómico conhecido como modelo atómico de Rutherford.
Modelo de Thomson
Teoria do núcleo atómico de Rutheford
As bases para o desenvolvimento da física nuclear foram lançadas por Ernest Rutherford ao desenvolver a sua teoria sobre a estrutura atómica. O cientista estudou por três anos o comportamento dos feixes de partículas ou raios X, além da emissão de radioactividade pelo elemento Urânio.
Uma das inúmeras experiências realizadas foi a que demonstrava o espalhamento das partículas alfa. Esta foi base experimental do modelo atómico chamado modelo nuclear onde electrões orbitavam em torno de um núcleo. Durante as suas pesquisas Rutherford observou que para cada 10.000 partículas alfa aceleradas incidindo numa lâmina de ouro, apenas uma reflectia ou se desviava de sua trajectória. A conclusão foi que o raio de um átomo poderia ser em torno de 10.000 vezes maior que o raio do seu núcleo.
Rutherford e Frederick Soddy ainda, descobriram a existência dos raios gama e estabeleceram as leis das transições radioactivas das séries do tório, do actínio e do rádio.
O modelo atómico de Rutherford ficou conhecido como modelo planetário, pela sua semelhança com a formação do Sistema Solar.
Em 1911, Ernest Rutherford propôs o modelo de átomo com movimentos planetários. Este modelo foi estudado e aperfeiçoado por Niels Bohr, que acabou por demonstrar a natureza das partículas alfa como núcleos de hélio.
Modelo de Rutheford
Modelo Atómico de Chadwick
Posteriormente, em 1932, Chadwick descobriu que no núcleo também existem os neutrões, que são partículas sem carga. Estava composto então o quadro de partículas que compõem o átomo:
Modelo atómico de Bohr- Rutheford
A teoria orbital de Rutherford encontrou uma dificuldade teórica resolvida por Niels Bohr.
No momento em que temos uma carga eléctrica negativa composta pelos electrões girando ao redor de um núcleo de carga positiva, este movimento gera uma perda de energia devido a emissão de radiação constante. Num dado momento, os electrões vão se aproximar do núcleo num movimento em espiral e cair sobre si.
Em 1911, Niels Bohr publicou uma tese que demonstrava o comportamento electrónico dos metais. Na mesma época, foi trabalhar com Ernest Rutherford em Manchester, Inglaterra. Lá obteve os dados precisos do modelo atómico, que iriam lhe ajudar posteriormente.
Em 1913, observando as dificuldades do modelo de Rutherford, Bohr intensificou suas pesquisas visando uma solução teórica.
Em 1916, Niels Bohr retornou para Copenhague para actuar como professor de física. Continuando suas pesquisas sobre o modelo atómico de Rutherford.
Em 1920, nomeado director do Instituto de Física Teórica, Bohr acabou desenvolvendo um modelo atómico que unificava a teoria atómica de Rutherford e a teoria da mecânica quântica de Max Planck.
Sua teoria consistia que ao girar em torno de um núcleo central, os electrões deveriam girar em órbitas específicas com níveis energéticos bem definidos. Que poderia haver a emissão ou absorção de pacotes discretos de energia chamados de quanta ao mudar de órbita.
Realizando estudos nos elementos químicos com mais de dois electrões, concluiu que se tratava de uma organização bem definida em camadas. Descobriu ainda que as propriedades químicas dos elementos eram determinadas pela camada mais externa.
Bohr enunciou o princípio da complementaridade, segundo o qual um fenómeno físico deve ser observado a partir de dois pontos de vista diferentes e não excludentes. Observou que existiam paradoxos onde poderia haver o comportamento de onda e de partícula dos electrões, dependendo do ponto de vista.
Essa teoria acabou por se transformar na hipótese proposta por Louis de Broglie (Louis Victor Pierre Raymond, sétimo duque de Broglie) onde todo corpúsculo atómico pode comportar-se de duas formas, como onda e como partícula.
Modelo de Bohr-Rutheford
Modelo quântico, nuvens electrónicas de Heisenberg e outros
Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg, reunindo os conhecimentos de seus predecessores e contemporâneos, acabaram por desenvolver uma nova teoria do modelo atómico, além de postular uma nova visão, chamada de mecânica ondulatória.
Fundamentada na hipótese proposta por Broglie onde todo corpúsculo atómico pode comportar-se como onda e como partícula, Heisenberg, em 1925, postulou o princípio da incerteza.
A ideia de órbita electrónica acabou por ficar desconexa, sendo substituída pelo conceito de probabilidade de se encontrar num instante qualquer um dado electrão numa determinada região do espaço.
O átomo deixou de ser indivisível como acreditavam filósofos gregos antigos e Dalton. O modelo atómico portanto passou a se constituir na verdade, de uma estrutura complexa.
Modelo actual
Todos estes modelos foram, na verdade, precursores do actual modelo atómico, cujas órbitas bem definidas dos electrões foram substituídas por zonas de probabilidade electrónica – as orbitais.
Modelo atómico actual
Conclusão
Com este trabalho concluímos que a palavra átomo provém do grego e significa “sem partes”.
Ficamos também a conhecer um pouco melhor a história do átomo, nomeadamente acerca do atomismo grego e dos modelos atómicos de Dalton, J. J. Thomson, Rutheford, Chadwick, Bohr, de Heisenberg e outros.
Percebemos também que todos os modelos foram bastante importantes para a formação do modelo atómico actual.
Adquirimos mais conhecimentos e consolidamos outros acerca do átomo.
Bibliografia
Recuperado in:
http://nautilus.fis.uc.pt/cec/hiper/paula%20ribeiro/www.paularibeiro.no.sapo.pt/historia_do_atomo.htm
http://web.rcts.pt/fq/atomo/historia.htm;
http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/
fisico_quimica/fisico_quimica_trabalhos/historiaatomo.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo ;
Maciel, Noémia, e.a., Eu e a Química, Porto, Porto Editora, 2003
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Início » Trabalhos de Estudantes » Físico-Química » 10º ano
Físico - Química - 10º ano
A História do Átomo
Autor: Mariana Martins e Patrícia Silva
Escola Secundária Domingos Rebelo
Data de Publicação: 14/01/2006
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N.º de páginas visitadas neste site (desde 15/10/2006):
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A História do Átomo
Alguns filósofos da Grécia Antiga já admitiam que toda e qualquer matéria seria formadas por minúsculas partículas indivisíveis, que foram denominadas átomos (a palavra átomo, em grego, significa indivisível).
No entanto, foi somente em 1803 que o cientista inglês John Dalton, com base em inúmeras experiências, conseguiu provar cientificamente a ideia de átomo. Surgiu então a teoria atómica clássica da matéria. Segundo essa teoria, quando olhamos por exemplo, para um grão de ferro, devemos imaginá-lo como sendo formado por um aglomerado de um número enorme de átomos de ferro.
Com o passar dos anos, novas observações e experiências levaram os cientistas a pensar que a matéria poderia conter partículas carregadas electricamente. Citando algumas dessas descobertas: electrização (sabe-se hoje em dia que é negativa) da ebonite por fricção com lã, electrização (sabe-se hoje em dia que é negativa) do vidro por fricção com um pano de seda, passagem da corrente eléctrica por algumas soluções e outras não, descoberta da radioactividade (emissão de partículas alfa – positivas).
Se a matéria é electricamente neutra, os seus átomos são obrigatoriamente neutros e a saída de partículas eléctricas só é possível se esses átomos sofrerem alguma divisão.
Logo, o átomo é divisível, ou seja, deve ser formado por partículas ainda menores e com carga eléctrica.
Tentando explicar esses fenómenos, o cientista Thomson propôs, em 1904, um novo modelo de átomo, formado por uma "pasta" positiva "recheada" por electrões de carga negativa (por isso também chamado “pudim de passas”), o que garantia a carga eléctrica neutra do modelo atómico. Com isso, começava-se a admitir a divisibilidade do á tomo e a reconhecer a natureza eléctrica da matéria.
Em 1911, o cientista Rutherford fez uma experiência muito importante, que veio alterar e melhorar profundamente a visão do modelo atómico. Resumidamente, a experiência consistiu no seguinte: um pedaço de metal que emitia partículas alfa (positivas) que atravessava um lâmina finíssima de ouro. Rutherford observou que a maioria das partículas alfa atravessa a lâmina de ouro como se fosse uma peneira; apenas algumas partículas desviavam ou até mesmo retrocediam.
Rutherford viu-se obrigado a admitir que a lâmina de ouro não era constituída por átomos maciços e justapostos, como pensaram Dalton e Thomson. Pelo contrário, a lâmina seria formada por núcleos pequenos, densos e electricamente positivos, dispersos em grandes espaços vazios.
Os grande espaços vazios explicam por que é que a grande maioria das partículas alfa não sofre desvios. Entretanto, lembrando que as partículas alfa são positivas, é fácil entender que, no caso de uma partícula alfa passar próximo de um núcleo (também positivo), ela será fortemente desviada; e no caso extremo de uma partícula alfa "bater" num núcleo, ela será repelida para trás.
Surge, porém, uma pergunta: se o ouro apresenta núcleos positivos, como explicar o facto de a lâmina de ouro ser electricamente neutra?
Rutherford imaginou então que ao redor do núcleo positivo estariam a girar partículas muito menores (que não atrapalham a passagem das partículas alfa), com carga eléctrica negativa (para contrabalançar a carga positiva do núcleo), e que foram denominadas electrões. Em resumo, o átomo seria semelhante ao Sistema Solar: o núcleo representaria o Sol e os electrões seriam os planetas, girando em órbitas circulares e formando a chamada electrosfera (modelo atómico chamado, por isso, de modelo planetário).
Curiosidade: Hoje, sabemos que o tamanho do átomo é de 10.000 a 100.000 vezes maior que o seu núcleo. Para efeito de comparação, podemos imaginar o núcleo atómico como uma formiga no centro de um estádio como o Maracanã (dos maiores estádios do mundo, situado no Brasil).
Em 1913, o cientista Bohr reuniu algumas observações, experiências e teorias já existentes para aprimorar a explicação do modelo atómico. Por que é que a luz branca forma o arco-íris ao passar por urna nuvem ou por um prisma? Por que é que certos elementos químicos, quando convenientemente aquecidos, emitem luz de uma só cor, como acontece com as "lâmpadas de sódio" (luz amarela) existentes nas estradas?
Para explicar esses fatos, Bohr propôs o seguinte: enquanto o electrão estiver girando na mesma órbita, ele não emite nem absorve energia; ao saltar de uma órbita para outra, o electrão emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia (denominada quantum de energia; Assim, ao transitar de uma órbita mais externa para outra mais interna, o electrão emite um quantum de energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação electromagnética, como ultravioleta ou infravermelha.
Bohr propõe então um novo modelo atómico que considera órbitas electrónicas em volta do núcleo e reconhece a existência de neutrões.
Nos últimos 50 anos, as teorias sobre a estrutura atómica evoluíram bastante, principalmente no que diz respeito à electrosfera. O Modelo de Órbitas Electrónicas Circulares de Bohr foi substituído pelo modelo de orbitais, que fora “alimentado” pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Com este princípio estabeleceu-se que não é possível calcular a posição e a velocidade de um e1ectrão, num mesmo instante.
Devido à dificuldade de calcular a posição exacta de um electrão na electrosfera, o cientista Schrödinger calculou a região onda haveria maior probabilidade de encontrar o electrão. Esta região do espaço foi denominada orbital.
Hoje em dia já existem formas de caracterizar as orbitais e os electrões destas, sendo esta a matérias que estamos a estudar no momento.
No entanto, é necessário ter em conta que a ciência está sempre em constante evolução, pelo que estamos a estudar isto agora mas daqui a uns anos pode ser “mentira”, pois o modelo atómico é uma estrutura que está sempre em constante evolução.
Bibliografia:
MENDONÇA, Lucinda et al, Jogo de Partículas – Química – 10ºano, Texto Editora
FELTRE, Ricardo, Fundamentos da química. Editora Moderna
Mariana Martins e Patrícia Silva
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A História do Átomo
Autor: Mariana Martins e Patrícia Silva
Escola Secundária Domingos Rebelo
Data de Publicação: 14/01/2006
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A História do Átomo
Alguns filósofos da Grécia Antiga já admitiam que toda e qualquer matéria seria formadas por minúsculas partículas indivisíveis, que foram denominadas átomos (a palavra átomo, em grego, significa indivisível).
No entanto, foi somente em 1803 que o cientista inglês John Dalton, com base em inúmeras experiências, conseguiu provar cientificamente a ideia de átomo. Surgiu então a teoria atómica clássica da matéria. Segundo essa teoria, quando olhamos por exemplo, para um grão de ferro, devemos imaginá-lo como sendo formado por um aglomerado de um número enorme de átomos de ferro.
Com o passar dos anos, novas observações e experiências levaram os cientistas a pensar que a matéria poderia conter partículas carregadas electricamente. Citando algumas dessas descobertas: electrização (sabe-se hoje em dia que é negativa) da ebonite por fricção com lã, electrização (sabe-se hoje em dia que é negativa) do vidro por fricção com um pano de seda, passagem da corrente eléctrica por algumas soluções e outras não, descoberta da radioactividade (emissão de partículas alfa – positivas).
Se a matéria é electricamente neutra, os seus átomos são obrigatoriamente neutros e a saída de partículas eléctricas só é possível se esses átomos sofrerem alguma divisão.
Logo, o átomo é divisível, ou seja, deve ser formado por partículas ainda menores e com carga eléctrica.
Tentando explicar esses fenómenos, o cientista Thomson propôs, em 1904, um novo modelo de átomo, formado por uma "pasta" positiva "recheada" por electrões de carga negativa (por isso também chamado “pudim de passas”), o que garantia a carga eléctrica neutra do modelo atómico. Com isso, começava-se a admitir a divisibilidade do á tomo e a reconhecer a natureza eléctrica da matéria.
Em 1911, o cientista Rutherford fez uma experiência muito importante, que veio alterar e melhorar profundamente a visão do modelo atómico. Resumidamente, a experiência consistiu no seguinte: um pedaço de metal que emitia partículas alfa (positivas) que atravessava um lâmina finíssima de ouro. Rutherford observou que a maioria das partículas alfa atravessa a lâmina de ouro como se fosse uma peneira; apenas algumas partículas desviavam ou até mesmo retrocediam.
Rutherford viu-se obrigado a admitir que a lâmina de ouro não era constituída por átomos maciços e justapostos, como pensaram Dalton e Thomson. Pelo contrário, a lâmina seria formada por núcleos pequenos, densos e electricamente positivos, dispersos em grandes espaços vazios.
Os grande espaços vazios explicam por que é que a grande maioria das partículas alfa não sofre desvios. Entretanto, lembrando que as partículas alfa são positivas, é fácil entender que, no caso de uma partícula alfa passar próximo de um núcleo (também positivo), ela será fortemente desviada; e no caso extremo de uma partícula alfa "bater" num núcleo, ela será repelida para trás.
Surge, porém, uma pergunta: se o ouro apresenta núcleos positivos, como explicar o facto de a lâmina de ouro ser electricamente neutra?
Rutherford imaginou então que ao redor do núcleo positivo estariam a girar partículas muito menores (que não atrapalham a passagem das partículas alfa), com carga eléctrica negativa (para contrabalançar a carga positiva do núcleo), e que foram denominadas electrões. Em resumo, o átomo seria semelhante ao Sistema Solar: o núcleo representaria o Sol e os electrões seriam os planetas, girando em órbitas circulares e formando a chamada electrosfera (modelo atómico chamado, por isso, de modelo planetário).
Curiosidade: Hoje, sabemos que o tamanho do átomo é de 10.000 a 100.000 vezes maior que o seu núcleo. Para efeito de comparação, podemos imaginar o núcleo atómico como uma formiga no centro de um estádio como o Maracanã (dos maiores estádios do mundo, situado no Brasil).
Em 1913, o cientista Bohr reuniu algumas observações, experiências e teorias já existentes para aprimorar a explicação do modelo atómico. Por que é que a luz branca forma o arco-íris ao passar por urna nuvem ou por um prisma? Por que é que certos elementos químicos, quando convenientemente aquecidos, emitem luz de uma só cor, como acontece com as "lâmpadas de sódio" (luz amarela) existentes nas estradas?
Para explicar esses fatos, Bohr propôs o seguinte: enquanto o electrão estiver girando na mesma órbita, ele não emite nem absorve energia; ao saltar de uma órbita para outra, o electrão emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia (denominada quantum de energia; Assim, ao transitar de uma órbita mais externa para outra mais interna, o electrão emite um quantum de energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação electromagnética, como ultravioleta ou infravermelha.
Bohr propõe então um novo modelo atómico que considera órbitas electrónicas em volta do núcleo e reconhece a existência de neutrões.
Nos últimos 50 anos, as teorias sobre a estrutura atómica evoluíram bastante, principalmente no que diz respeito à electrosfera. O Modelo de Órbitas Electrónicas Circulares de Bohr foi substituído pelo modelo de orbitais, que fora “alimentado” pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Com este princípio estabeleceu-se que não é possível calcular a posição e a velocidade de um e1ectrão, num mesmo instante.
Devido à dificuldade de calcular a posição exacta de um electrão na electrosfera, o cientista Schrödinger calculou a região onda haveria maior probabilidade de encontrar o electrão. Esta região do espaço foi denominada orbital.
Hoje em dia já existem formas de caracterizar as orbitais e os electrões destas, sendo esta a matérias que estamos a estudar no momento.
No entanto, é necessário ter em conta que a ciência está sempre em constante evolução, pelo que estamos a estudar isto agora mas daqui a uns anos pode ser “mentira”, pois o modelo atómico é uma estrutura que está sempre em constante evolução.
Bibliografia:
MENDONÇA, Lucinda et al, Jogo de Partículas – Química – 10ºano, Texto Editora
FELTRE, Ricardo, Fundamentos da química. Editora Moderna
Mariana Martins e Patrícia Silva
Para saber mais sobre este tema, utilize o Google:
Início » Trabalhos de Estudantes » Físico-Química » 10º ano
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10184 - HISTÓRIA DO ÁTOMO
ÁtomoOrigem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
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Representação de um átomo de hélio. A Wikipédia possui o:
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O átomo é a menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico. Ele apresenta um núcleo com carga positiva (Z é a quantidade de prótons e "E" a carga elementar) que apresenta quase toda sua massa (mais que 99,9%) e Z elétrons determinando o seu tamanho.[1]
Até fins do século XIX, era considerado a menor porção em que se poderia dividir a matéria. Mas nas duas últimas décadas daquele século, as descobertas do próton e do elétron revelaram o equívoco dessa ideia. Posteriormente, o reconhecimento do nêutron e de outras partículas subatômicas reforçou a necessidade de revisão do conceito de átomo.
Índice [esconder]
1 História
1.1 Os atomistas na antiga Grécia
2 Evolução histórica da ideia de átomo
2.1 Modelo de Dalton
2.2 O modelo atômico de Thomson
2.3 O modelo atômico de Rutherford
2.4 O modelo atômico de Niels Bohr e a mecânica quântica
3 Estrutura
4 Principais características das partículas fundamentais
4.1 Massa
4.2 Carga elétrica
5 Interação atômica
6 Força de Van der Waals
7 Atração atômica
8 Elementos químicos conhecidos
8.1 A Tabela Periódica dos Elementos
9 Moléculas
10 Referências
11 Ver também
[editar] História Esta página ou secção não cita nenhuma fonte ou referência (desde junho de 2009).
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[editar] Os atomistas na antiga GréciaPor volta de 450 a.C. os átomos de Demócrito deveriam atender às seguintes condições:
Os átomos constituíram toda e qualquer matéria;
Os átomos seriam qualitativamente iguais, diferindo, apenas, na forma, no tamanho e na massa.
Para Demócrito, a grande variedade de materiais na natureza provinha dos movimentos dos diferentes tipos de átomos, que, ao se chocarem, formavam conjuntos maiores, gerando diferentes corpos, com características próprias. Os fundamentos de Demócrito para os átomos foram tomando corpo com o passar do tempo. Epicuro (341 a.C. - aproximadamente 270 a.C.) complementou suas ideias ao sugerir que haveria um limite para o tamanho dos átomos, justificando assim a razão de serem invisíveis.
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 ideia dos filósofos teve rápida propagação
[editar] Evolução histórica da ideia de átomo[editar] Modelo de DaltonJohn Dalton, em 1803, criou um modelo que retomava o antigo conceito dos gregos. Ele imaginou o átomo como uma pequena esfera, com massa definida e propriedades características. Dessa forma, todas as transformações químicas podiam ser explicadas pelo arranjo de átomos. Toda matéria é constituída por átomos. Esses são as menores partículas que a constituem; são indivisíveis e indestrutíveis, e não podem ser transformados em outros, nem mesmo durante os fenômenos químicos. Os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em massa e se comportam igualmente em transformações químicas. As transformações químicas ocorrem por separação e união de átomos. Isto é, os átomos de uma substância que estão combinados de um certo modo, separam-se, unindo-se novamente de uma outra maneira.
[editar] O modelo atômico de ThomsonVer artigo principal: Modelo atômico de Thomson
Entre 1813 e 1834, um cientista chamado Michael Faraday estudou a relação entre as quantidades de materiais em transformações químicas e de eletricidade necessária para realizar essas transformações. Esses estudos evoluíram até que, em 1891, a unidade mais simples de eletricidade foi determinada e denominada elétron.
A descoberta de partículas com carga elétrica fez com que o modelo atômico de Dalton ficasse superado. Em 1897, Thomson idealizou um experimento para medir a carga elétrica do elétron. Com base em seu experimento, e considerando o átomo eletricamente neutro (com quantidades iguais de partículas positivas e negativas), ele representou o átomo como uma esfera uniforme, de carga positiva, incrustada de elétrons (partículas negativas). Daí vem o nome do modelo:"pudim de passas".
[editar] O modelo atômico de RutherfordVer artigo principal: Modelo atômico de Rutherford
Em 1908, realizando experiências de bombardeio de lâminas de ouro com partículas alfa (partículas de carga positiva, liberadas por elementos radioativos), Rutherford fez uma importante constatação: a grande maioria das partículas atravessava diretamente a lâmina, algumas sofriam pequenos desvios e outras, em número muito pequeno (uma em cem mil), sofriam grandes desvios em sentido contrário.
A partir dessas observações, Rutherford chegou às seguintes conclusões:
No átomo existem espaços vazios; a maioria das partículas o atravessava sem sofrer nenhum desvio.
No centro do átomo existe um núcleo muito pequeno e denso; algumas partículas alfa colidiam com esse núcleo e voltavam, sem atravessar a lâmina.
O núcleo tem carga elétrica positiva; as partículas alfa que passavam perto dele eram repelidas e, por isso, sofriam desvio em sua trajetória.
Pelo modelo atômico de Rutherford, o átomo é constituído por um núcleo central, dotado de cargas elétricas positivas (prótons), envolvido por uma nuvem de cargas elétricas negativas (elétrons).
Rutherford demonstrou, ainda, que praticamente toda a massa do átomo fica concentrada na pequena região do núcleo.
Dois anos depois de Rutherford ter criado o seu modelo, o cientista dinamarquês Niels Bohr o completou, criando o que hoje é chamado modelo planetário. Para Bohr, os elétrons giravam em órbitas circulares, ao redor do núcleo. Depois desses, novos estudos foram feitos e novos modelos atômicos foram criados. O modelo que representa o átomo como tendo uma parte central chamado núcleo, contendo prótons e nêutrons, serve para explicar um grande número de observações sobre os materiais.
[editar] O modelo atômico de Niels Bohr e a mecânica quânticaVer artigo principal: Modelo atômico de Bohr
O modelo planetário de Niels Bohr 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 quantum, 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 reaparecendo com a quantidade 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
Se o núcleo de um átomo fosse do tamanho de um limão com um raio de 3 cm, os elétrons mais afastados estariam cerca de 3 km de distância.Os cientistas, por meio de técnicas avançadas, já perceberam a complexidade do átomo. Já comprovaram a presença de inúmeras partículas em sua constituição e desvendaram o comportamento dessas partículas. Mas para construir alguns conceitos que ajudam a entender a química do dia-a-dia, o modelo de átomo descrito por Rutherford-Bohr é suficiente. Na constituição dos átomos predominam os espaços vazios. O núcleo, extremamente pequeno, é constituído por prótons e nêutrons. Em torno dele, constituindo a eletrosfera, giram os elétrons.
O diâmetro da eletrosfera de um átomo é de 10,000 a 100,000 vezes maior que o diâmetro de 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…
O átomo de hidrogênio é constituído por um só próton com um só elétron girando ao seu redor. O hidrogênio é o único elemento cujo átomo pode não possuir nêutrons.
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 seus orbitais é minúsculo. O núcleo atômico mede em torno de 10 - 13 (1 fm) centímetros de diâmetro, enquanto que o átomo mede cerca de 10 − 8 centímetros (100 pms).
[editar] Principais características das partículas fundamentais[editar] MassaDeterminar a massa de um corpo significa comparar a massa deste corpo com outra tomada como padrão.
A unidade de massa tomada como padrão é o grama (g). Mas nós muitas vezes utilizamos o Quilograma, que equivale a 1000 vezes a massa de 1 g. Um exemplo disso é quando se diz que a massa de uma pessoa é 45 vezes a massa correspondente à do quilograma.
Ou ainda: 45 kg = 45 x 1000 g = 45 000 g
Como as partículas que constituem o átomo são extremamente pequenas, uma unidade especial teve que ser criada para facilitar a determinação de suas massas. Essa unidade, denominada unidade de massa atômica, é representada pela letra u.
1 u equivale a aproximadamente 1,66 · 10−27 kg (veja artigo Unidade de massa atômica).
As massas do próton e do nêutron são praticamente iguais: medem cerca de 1 unidade de massa atômica. A massa do elétron é 1836 vezes menor que a do próton: essa massa é desprezível, porém é errado dizer que o elétron é desprovido dela.
[editar] Carga elétricaO elétron é uma partícula dotada de carga elétrica negativa. A sua carga, que foi determinada experimentalmente em 1908, equivale a uma unidade de carga elétrica (1 ue). A carga do próton é igual à do elétron, só que de sinal contrário. o próton tem carga eléctrica positiva. O nêutron não possui carga elétrica. Como seu nome indica, ele é neutro.
[editar] Interação atômicaSe 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 –273,15 °C.
[editar] Força de Van der WaalsA 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 atômicaNas 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, e 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. pois eles tem em excesso um numeros de neutros*.
[editar] Elementos químicos conhecidosVer artigo principal: Tabela Periódica
É importante ter em mente que, átomo, é uma entidade elementar. O conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) é chamado de elemento químico. Desta forma, na Tabela Periódica dos Elementos, a idéia de entidade elementar é substituída pela idéia de "conjunto".
É possível ter aproximadamente 10 sextilhões de átomos em uma casa (o algarismo 1 e 22 zeros à direita.[carece de fontes?]
Ex.: Ao procurar pelo Carbono na Tabela Periódica, você deve saber que está procurando pelo Elemento Carbono e não pelo átomo de Carbono.
[editar] A Tabela Periódica dos ElementosGrupo # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Período
1 1
H
2
He
2 3
Li 4
Be
5
B 6
C 7
N 8
O 9
F 10
Ne
3 11
Na 12
Mg
13
Al 14
Si 15
P 16
S 17
Cl 18
Ar
4 19
K 20
Ca 21
Sc 22
Ti 23
V 24
Cr 25
Mn 26
Fe 27
Co 28
Ni 29
Cu 30
Zn 31
Ga 32
Ge 33
As 34
Se 35
Br 36
Kr
5 37
Rb 38
Sr 39
Y 40
Zr 41
Nb 42
Mo 43
Tc 44
Ru 45
Rh 46
Pd 47
Ag 48
Cd 49
In 50
Sn 51
Sb 52
Te 53
I 54
Xe
6 55
Cs 56
Ba *
72
Hf 73
Ta 74
W 75
Re 76
Os 77
Ir 78
Pt 79
Au 80
Hg 81
Tl 82
Pb 83
Bi 84
Po 85
At 86
Rn
7 87
Fr 88
Ra **
104
Rf 105
Db 106
Sg 107
Bh 108
Hs 109
Mt 110
Ds 111
Rg 112
Cn 113
Uut 114
Uuq 115
Uup 116
Uuh (117)
(Uus) 118
Uuo
* Lantanídios 57
La 58
Ce 59
Pr 60
Nd 61
Pm 62
Sm 63
Eu 64
Gd 65
Tb 66
Dy 67
Ho 68
Er 69
Tm 70
Yb 71
Lu
** Actinídios 89
Ac 90
Th 91
Pa 92
U 93
Np 94
Pu 95
Am 96
Cm 97
Bk 98
Cf 99
Es 100
Fm 101
Md 102
No 103
Lr
Séries químicas da tabela periódica Metais alcalinos2 Metais alcalinoterrosos2 Metais de transição2 Lantanídios1, 2 Actinídios1, 2 Metais representativos Semimetais Não metais Halogênios3 Gases nobres3
1Actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como “metais terrosos raros”.
2Metais alcalinos, metais alcalinoterrosos, metais de transição, actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como “metais”.
3Halogênios e gases nobres também são não metais.
Estado físico do elemento nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP)
aqueles com o número atômico em preto são sólidos nas CNTP.
aqueles com o número atômico em verde são líquidos nas CNTP;
aqueles com o número atômico em vermelho são gases nas CNTP;
aqueles com o número atômico em cinza têm estado físico desconhecido.
Ocorrência natural
Borda sólida indica existência de isótopo mais antigo que a Terra (elemento primordial).
Borda tracejada indica que o elemento surge do decaimento de outros.
Borda pontilhada indica que o elemento é produzido artificialmente (elemento sintético).
A cor mais clara indica elemento ainda não descoberto.
[editar] MoléculasVer artigo principal: Molécula
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 que aumenta a distância. As moléculas da água por exemplo são chamadas de aguacormicas.
Referências↑ IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version, Atom. Disponível em:. Acesso em: 11 abr. 2008.
[editar] Ver tambémO Commons possui multimídias sobre ÁtomoElétron
Nêutron
Próton
Energia nuclear
Bomba atômica
Mol
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O átomo é a menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico. Ele apresenta um núcleo com carga positiva (Z é a quantidade de prótons e "E" a carga elementar) que apresenta quase toda sua massa (mais que 99,9%) e Z elétrons determinando o seu tamanho.[1]
Até fins do século XIX, era considerado a menor porção em que se poderia dividir a matéria. Mas nas duas últimas décadas daquele século, as descobertas do próton e do elétron revelaram o equívoco dessa ideia. Posteriormente, o reconhecimento do nêutron e de outras partículas subatômicas reforçou a necessidade de revisão do conceito de átomo.
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1 História
1.1 Os atomistas na antiga Grécia
2 Evolução histórica da ideia de átomo
2.1 Modelo de Dalton
2.2 O modelo atômico de Thomson
2.3 O modelo atômico de Rutherford
2.4 O modelo atômico de Niels Bohr e a mecânica quântica
3 Estrutura
4 Principais características das partículas fundamentais
4.1 Massa
4.2 Carga elétrica
5 Interação atômica
6 Força de Van der Waals
7 Atração atômica
8 Elementos químicos conhecidos
8.1 A Tabela Periódica dos Elementos
9 Moléculas
10 Referências
11 Ver também
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Os átomos constituíram toda e qualquer matéria;
Os átomos seriam qualitativamente iguais, diferindo, apenas, na forma, no tamanho e na massa.
Para Demócrito, a grande variedade de materiais na natureza provinha dos movimentos dos diferentes tipos de átomos, que, ao se chocarem, formavam conjuntos maiores, gerando diferentes corpos, com características próprias. Os fundamentos de Demócrito para os átomos foram tomando corpo com o passar do tempo. Epicuro (341 a.C. - aproximadamente 270 a.C.) complementou suas ideias ao sugerir que haveria um limite para o tamanho dos átomos, justificando assim a razão de serem invisíveis.
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 ideia dos filósofos teve rápida propagação
[editar] Evolução histórica da ideia de átomo[editar] Modelo de DaltonJohn Dalton, em 1803, criou um modelo que retomava o antigo conceito dos gregos. Ele imaginou o átomo como uma pequena esfera, com massa definida e propriedades características. Dessa forma, todas as transformações químicas podiam ser explicadas pelo arranjo de átomos. Toda matéria é constituída por átomos. Esses são as menores partículas que a constituem; são indivisíveis e indestrutíveis, e não podem ser transformados em outros, nem mesmo durante os fenômenos químicos. Os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em massa e se comportam igualmente em transformações químicas. As transformações químicas ocorrem por separação e união de átomos. Isto é, os átomos de uma substância que estão combinados de um certo modo, separam-se, unindo-se novamente de uma outra maneira.
[editar] O modelo atômico de ThomsonVer artigo principal: Modelo atômico de Thomson
Entre 1813 e 1834, um cientista chamado Michael Faraday estudou a relação entre as quantidades de materiais em transformações químicas e de eletricidade necessária para realizar essas transformações. Esses estudos evoluíram até que, em 1891, a unidade mais simples de eletricidade foi determinada e denominada elétron.
A descoberta de partículas com carga elétrica fez com que o modelo atômico de Dalton ficasse superado. Em 1897, Thomson idealizou um experimento para medir a carga elétrica do elétron. Com base em seu experimento, e considerando o átomo eletricamente neutro (com quantidades iguais de partículas positivas e negativas), ele representou o átomo como uma esfera uniforme, de carga positiva, incrustada de elétrons (partículas negativas). Daí vem o nome do modelo:"pudim de passas".
[editar] O modelo atômico de RutherfordVer artigo principal: Modelo atômico de Rutherford
Em 1908, realizando experiências de bombardeio de lâminas de ouro com partículas alfa (partículas de carga positiva, liberadas por elementos radioativos), Rutherford fez uma importante constatação: a grande maioria das partículas atravessava diretamente a lâmina, algumas sofriam pequenos desvios e outras, em número muito pequeno (uma em cem mil), sofriam grandes desvios em sentido contrário.
A partir dessas observações, Rutherford chegou às seguintes conclusões:
No átomo existem espaços vazios; a maioria das partículas o atravessava sem sofrer nenhum desvio.
No centro do átomo existe um núcleo muito pequeno e denso; algumas partículas alfa colidiam com esse núcleo e voltavam, sem atravessar a lâmina.
O núcleo tem carga elétrica positiva; as partículas alfa que passavam perto dele eram repelidas e, por isso, sofriam desvio em sua trajetória.
Pelo modelo atômico de Rutherford, o átomo é constituído por um núcleo central, dotado de cargas elétricas positivas (prótons), envolvido por uma nuvem de cargas elétricas negativas (elétrons).
Rutherford demonstrou, ainda, que praticamente toda a massa do átomo fica concentrada na pequena região do núcleo.
Dois anos depois de Rutherford ter criado o seu modelo, o cientista dinamarquês Niels Bohr o completou, criando o que hoje é chamado modelo planetário. Para Bohr, os elétrons giravam em órbitas circulares, ao redor do núcleo. Depois desses, novos estudos foram feitos e novos modelos atômicos foram criados. O modelo que representa o átomo como tendo uma parte central chamado núcleo, contendo prótons e nêutrons, serve para explicar um grande número de observações sobre os materiais.
[editar] O modelo atômico de Niels Bohr e a mecânica quânticaVer artigo principal: Modelo atômico de Bohr
O modelo planetário de Niels Bohr 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 quantum, 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 reaparecendo com a quantidade 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
Se o núcleo de um átomo fosse do tamanho de um limão com um raio de 3 cm, os elétrons mais afastados estariam cerca de 3 km de distância.Os cientistas, por meio de técnicas avançadas, já perceberam a complexidade do átomo. Já comprovaram a presença de inúmeras partículas em sua constituição e desvendaram o comportamento dessas partículas. Mas para construir alguns conceitos que ajudam a entender a química do dia-a-dia, o modelo de átomo descrito por Rutherford-Bohr é suficiente. Na constituição dos átomos predominam os espaços vazios. O núcleo, extremamente pequeno, é constituído por prótons e nêutrons. Em torno dele, constituindo a eletrosfera, giram os elétrons.
O diâmetro da eletrosfera de um átomo é de 10,000 a 100,000 vezes maior que o diâmetro de 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…
O átomo de hidrogênio é constituído por um só próton com um só elétron girando ao seu redor. O hidrogênio é o único elemento cujo átomo pode não possuir nêutrons.
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 seus orbitais é minúsculo. O núcleo atômico mede em torno de 10 - 13 (1 fm) centímetros de diâmetro, enquanto que o átomo mede cerca de 10 − 8 centímetros (100 pms).
[editar] Principais características das partículas fundamentais[editar] MassaDeterminar a massa de um corpo significa comparar a massa deste corpo com outra tomada como padrão.
A unidade de massa tomada como padrão é o grama (g). Mas nós muitas vezes utilizamos o Quilograma, que equivale a 1000 vezes a massa de 1 g. Um exemplo disso é quando se diz que a massa de uma pessoa é 45 vezes a massa correspondente à do quilograma.
Ou ainda: 45 kg = 45 x 1000 g = 45 000 g
Como as partículas que constituem o átomo são extremamente pequenas, uma unidade especial teve que ser criada para facilitar a determinação de suas massas. Essa unidade, denominada unidade de massa atômica, é representada pela letra u.
1 u equivale a aproximadamente 1,66 · 10−27 kg (veja artigo Unidade de massa atômica).
As massas do próton e do nêutron são praticamente iguais: medem cerca de 1 unidade de massa atômica. A massa do elétron é 1836 vezes menor que a do próton: essa massa é desprezível, porém é errado dizer que o elétron é desprovido dela.
[editar] Carga elétricaO elétron é uma partícula dotada de carga elétrica negativa. A sua carga, que foi determinada experimentalmente em 1908, equivale a uma unidade de carga elétrica (1 ue). A carga do próton é igual à do elétron, só que de sinal contrário. o próton tem carga eléctrica positiva. O nêutron não possui carga elétrica. Como seu nome indica, ele é neutro.
[editar] Interação atômicaSe 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 –273,15 °C.
[editar] Força de Van der WaalsA 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 atômicaNas 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, e 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. pois eles tem em excesso um numeros de neutros*.
[editar] Elementos químicos conhecidosVer artigo principal: Tabela Periódica
É importante ter em mente que, átomo, é uma entidade elementar. O conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) é chamado de elemento químico. Desta forma, na Tabela Periódica dos Elementos, a idéia de entidade elementar é substituída pela idéia de "conjunto".
É possível ter aproximadamente 10 sextilhões de átomos em uma casa (o algarismo 1 e 22 zeros à direita.[carece de fontes?]
Ex.: Ao procurar pelo Carbono na Tabela Periódica, você deve saber que está procurando pelo Elemento Carbono e não pelo átomo de Carbono.
[editar] A Tabela Periódica dos ElementosGrupo # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Período
1 1
H
2
He
2 3
Li 4
Be
5
B 6
C 7
N 8
O 9
F 10
Ne
3 11
Na 12
Mg
13
Al 14
Si 15
P 16
S 17
Cl 18
Ar
4 19
K 20
Ca 21
Sc 22
Ti 23
V 24
Cr 25
Mn 26
Fe 27
Co 28
Ni 29
Cu 30
Zn 31
Ga 32
Ge 33
As 34
Se 35
Br 36
Kr
5 37
Rb 38
Sr 39
Y 40
Zr 41
Nb 42
Mo 43
Tc 44
Ru 45
Rh 46
Pd 47
Ag 48
Cd 49
In 50
Sn 51
Sb 52
Te 53
I 54
Xe
6 55
Cs 56
Ba *
72
Hf 73
Ta 74
W 75
Re 76
Os 77
Ir 78
Pt 79
Au 80
Hg 81
Tl 82
Pb 83
Bi 84
Po 85
At 86
Rn
7 87
Fr 88
Ra **
104
Rf 105
Db 106
Sg 107
Bh 108
Hs 109
Mt 110
Ds 111
Rg 112
Cn 113
Uut 114
Uuq 115
Uup 116
Uuh (117)
(Uus) 118
Uuo
* Lantanídios 57
La 58
Ce 59
Pr 60
Nd 61
Pm 62
Sm 63
Eu 64
Gd 65
Tb 66
Dy 67
Ho 68
Er 69
Tm 70
Yb 71
Lu
** Actinídios 89
Ac 90
Th 91
Pa 92
U 93
Np 94
Pu 95
Am 96
Cm 97
Bk 98
Cf 99
Es 100
Fm 101
Md 102
No 103
Lr
Séries químicas da tabela periódica Metais alcalinos2 Metais alcalinoterrosos2 Metais de transição2 Lantanídios1, 2 Actinídios1, 2 Metais representativos Semimetais Não metais Halogênios3 Gases nobres3
1Actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como “metais terrosos raros”.
2Metais alcalinos, metais alcalinoterrosos, metais de transição, actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como “metais”.
3Halogênios e gases nobres também são não metais.
Estado físico do elemento nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP)
aqueles com o número atômico em preto são sólidos nas CNTP.
aqueles com o número atômico em verde são líquidos nas CNTP;
aqueles com o número atômico em vermelho são gases nas CNTP;
aqueles com o número atômico em cinza têm estado físico desconhecido.
Ocorrência natural
Borda sólida indica existência de isótopo mais antigo que a Terra (elemento primordial).
Borda tracejada indica que o elemento surge do decaimento de outros.
Borda pontilhada indica que o elemento é produzido artificialmente (elemento sintético).
A cor mais clara indica elemento ainda não descoberto.
[editar] MoléculasVer artigo principal: Molécula
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 que aumenta a distância. As moléculas da água por exemplo são chamadas de aguacormicas.
Referências↑ IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version, Atom. Disponível em:
[editar] Ver tambémO Commons possui multimídias sobre ÁtomoElétron
Nêutron
Próton
Energia nuclear
Bomba atômica
Mol
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