Um átomo é a menor unidade de partículas existente como uma substância simples, podendo intervir em uma combinação química. Ao longo dos séculos, os conhecimentos limitados que se tinha sobre o átomo foram apenas objeto de conjecturas e suposições, de modo que dados concretos só puderam ser obtidos muitos anos depois. Nos séculos 18 e 19, o cientista inglês John Dalton sugeriu a existência dos átomos como uma unidade extremamente pequena, da qual toda a matéria seria composta, e atribuiu-lhes massa e os representou como esferas sólidas e indivisíveis.
O que é um átomo
Tabela de conteúdos
É a unidade mínima de matéria, da qual são compostos os sólidos, líquidos e gases. Os átomos são agrupados, podendo ser do mesmo tipo ou diferentes, para formar moléculas, que, por sua vez, constituem a matéria de que são compostos os corpos existentes. No entanto, os cientistas determinaram que apenas 5% da matéria no universo é composta por átomos, uma vez que a matéria escura (que ocupa mais de 20% do universo) é composta por partículas desconhecidas, bem como energia escura (que ocupa 70%).
Seu nome vem do latim atomus, que significa "indivisível", e quem lhe deu essa terminologia foram os filósofos gregos Demócrito (460-370 aC) e Epicuro (341-270 aC).
Esses filósofos, que, sem ter experimentado, na busca de uma resposta à questão de que nos compomos e da explicação da realidade, concluíram que era impossível dividir a matéria infinitamente, que deveria haver um "topo", o que significava que teria atingido o limite mínimo de que todas as coisas são compostas. Chamaram esse "topo" de átomo, já que aquela partícula mínima não poderia mais ser dividida e o universo seria composto dela, deve-se acrescentar que esse conceito ainda é preservado hoje quando se fala sobre o que é um átomo.
É constituído por um núcleo, onde existe pelo menos um próton e o mesmo número de nêutrons (cuja união é chamada de “núcleon), e pelo menos 99,94% de sua massa se encontra no referido núcleo. O 0,06% restante é formado pelos elétrons que orbitam o núcleo. Se o número de elétrons e prótons for o mesmo, o átomo é eletricamente neutro; se tiver mais elétrons do que prótons, sua carga será negativa e será determinada como ânion; e se o número de prótons exceder os elétrons, sua carga será positiva e chamada de cátion.
Seu tamanho é tão pequeno (aproximadamente dez bilionésimos de um metro) que se um objeto fosse dividido um número considerável de vezes, não haveria mais nenhum material do qual foi composto, mas os átomos dos elementos permaneceriam isso, em combinação, eles o formaram, e estes são praticamente invisíveis. No entanto, nem todos os tipos de átomos têm a mesma forma e tamanho, pois isso depende de vários fatores.
Elementos de um átomo
Os átomos têm outros componentes que os constituem, chamados de partículas subatômicas, que não podem existir independentemente, a menos que sob condições especiais e controladas. Essas partículas são: elétrons, que têm carga negativa; prótons, que são carregados positivamente; e nêutrons, cuja carga é igual, o que os torna eletricamente neutros. Prótons e nêutrons são encontrados no núcleo (o centro) do átomo, formando o que é conhecido como núcleon, e os elétrons orbitam o núcleo.
Prótons
Essa partícula se encontra no núcleo do átomo, formando parte dos núcleons, e sua carga é positiva. Eles contribuem com cerca de 50% da massa do átomo, e sua massa é equivalente a 1836 vezes a de um elétron. No entanto, eles têm massa ligeiramente menor do que nêutrons. O próton não é uma partícula elementar, pois é composto de três quarks (que é um tipo de férmion, uma das duas partículas elementares existentes).
O número de prótons em um átomo é decisivo na definição do tipo de elemento. Por exemplo, o átomo de carbono tem seis prótons, enquanto um átomo de hidrogênio tem apenas um próton.
Elétrons
Eles são as partículas negativas que orbitam o núcleo do átomo. Sua massa é tão pequena que é considerada descartável. Normalmente, o número de elétrons em um átomo é o mesmo dos prótons, então ambas as cargas se cancelam.
Os elétrons de diferentes átomos são ligados pela força de Coulomb (eletrostática) e, quando compartilhados e trocados de um átomo para outro, causa as ligações químicas. Existem elétrons que podem ser livres, sem estar ligados a nenhum átomo; e aqueles que estão ligados a um, podem ter órbitas de tamanhos diferentes (quanto maior o raio orbital, maior a energia contida nele).
O elétron é uma partícula elementar, pois é uma espécie de férmion (léptons), e não é constituído por nenhum outro elemento.
Nêutrons
É a partícula subatômica neutra do átomo, ou seja, possui a mesma quantidade de carga positiva e negativa. Sua massa é ligeiramente superior à dos prótons, com os quais forma o núcleo do átomo.
Como os prótons, os nêutrons são compostos de três quarks: dois descendentes ou descendentes com carga -1/3 e um ascendente ou ascendente com carga +2/3, resultando em uma carga total de zero, o que lhe confere neutralidade. Um nêutron sozinho não pode existir fora do núcleo, pois sua vida média fora do núcleo é de cerca de 15 minutos.
A quantidade de nêutrons em um átomo não determina sua natureza, a menos que seja um isótopo.
Isótopos
Eles são um tipo de átomo, cuja composição nuclear não é eqüitativa; isto é, ele tem o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons. Nesse caso, os átomos que compõem o mesmo elemento serão diferentes, diferenciados pelo número de nêutrons que contêm.
Existem dois tipos de isótopos:
- Natural, encontrado na natureza, como o átomo de hidrogênio, que possui três (prótio, deutério e trítio); ou o átomo de carbono, que também tem três (carbono-12, carbono-13 e carbono-14; cada um com diferentes utilidades).
- Artificiais, que são produzidos em ambientes controlados, nos quais partículas subatômicas são bombardeadas, sendo instáveis e radioativas.
Existem isótopos estáveis, mas essa estabilidade é relativa, pois, embora sejam radioativos da mesma forma, seu período de decaimento é longo se comparado à existência do planeta.
Como os elementos de um átomo são definidos
Um átomo será diferenciado ou definido por vários fatores, a saber:
- Quantidade de prótons: a variação neste número pode resultar em um elemento diferente, pois determina a qual elemento químico ele pertence.
- Número de nêutrons: especifica o isótopo do elemento.
A força com a qual os prótons atraem os elétrons é eletromagnética; enquanto o que atrai os prótons e nêutrons é o nuclear, cuja intensidade é maior que o primeiro, que repele os prótons carregados positivamente uns dos outros.
Se o número de prótons em um átomo for alto, a força eletromagnética que os repele se tornará mais forte que a nuclear, há uma probabilidade de que os núcleos sejam expulsos do núcleo, produzindo desintegração nuclear, ou o que também é conhecido como radioatividade; para posteriormente resultar na transmutação nuclear, que é a conversão de um elemento em outro (alquimia).
O que é um modelo atômico
É um esquema que ajuda a definir o que é um átomo, sua composição, sua distribuição e as características que apresenta. Desde o nascimento do termo, diferentes modelos atômicos foram desenvolvidos, o que nos permitiu compreender melhor a estruturação da matéria.
Os modelos atômicos mais representativos são:
Modelo atômico de Bohr
O físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), após estudos com seu professor, o químico e também físico Ernest Rutherford, inspirou-se no modelo deste último para expor o seu próprio, tomando o átomo de hidrogênio como guia.
O modelo atômico de Bohr consiste em uma espécie de sistema planetário, em que o núcleo está no centro e os elétrons se movem como planetas, em órbitas estáveis e circulares, onde o maior armazena mais energia. Inclui a absorção e emissão de gases, a teoria de quantização de Max Planck e o efeito fotoelétrico de
Albert Einstein
Os elétrons podem saltar de uma órbita para outra: se passar de uma de menor energia para outra de maior energia, aumentará um quantum de energia para cada órbita que atingir; O oposto ocorre quando ele passa da energia mais alta para a mais baixa, onde não só diminui, mas também a perde na forma de radiação como a luz (fóton).
No entanto, o modelo atômico de Bohr tinha falhas, pois não era aplicável para outros tipos de átomos.
Modelo atômico Dalton
John Dalton (1766-1844), matemático e químico, foi o pioneiro na publicação de um modelo atômico com base científica, no qual afirmava que os átomos eram semelhantes a bolas de bilhar, ou seja, esféricos.
O modelo atômico de Dalton estabelece em sua abordagem (que ele chamou de "teoria atômica") que os átomos não podem ser divididos. Ele também estabelece que os átomos do mesmo elemento são de qualidades idênticas, incluindo seu peso e massa; que embora possam ser combinados, eles permanecem indivisíveis com relacionamentos simples; e que eles podem ser combinados em diferentes proporções com outros tipos de átomos para criar vários compostos (união de dois ou mais tipos de átomos).
Este modelo atômico de Dalton era inconsistente, pois não explicava a presença de partículas subatômicas, uma vez que a presença do elétron e do próton era desconhecida. Nem poderia explicar os fenômenos da radioatividade ou da corrente de elétrons (raios catódicos); além disso, não leva em consideração os isótopos (átomos do mesmo elemento com massa diferente).
Modelo atômico de Rutherford
Criado pelo físico e químico Ernest Rutherford (1871-1937), esse modelo é uma analogia ao sistema solar. O modelo atômico de Rutherford estabelece que a maior porcentagem da massa do átomo e sua parte positiva se encontram em seu núcleo (centro); e a parte negativa ou elétrons, giram em torno dela em órbitas elípticas ou circulares, com um vácuo entre eles. Assim, tornou-se o primeiro modelo a separar o átomo em núcleo e casca.
O físico fez experimentos, nos quais calculou o ângulo de espalhamento das partículas ao atingirem uma folha de ouro, e percebeu que algumas ricocheteavam em ângulos incongruentes, concluindo que seu núcleo devia ser pequeno, mas de grande densidade. Graças a Rutherford, que foi aluno de JJ Thomson, também se teve a primeira noção sobre a presença de nêutrons. Outra conquista foi o levantamento de questões sobre como cargas positivas no núcleo poderiam permanecer juntas em um volume tão pequeno, o que mais tarde levou à descoberta de uma das interações fundamentais: a força nuclear forte.
O modelo atômico de Rutherford era inconsistente, pois contradizia as leis de Maxwell sobre o eletromagnetismo; nem explica os fenômenos da radiação de energia na transição de um elétron de um estado de alta para baixa energia.
Modelo atômico de Thomson
Foi exposto pelo cientista e ganhador do Prêmio Nobel de Física de 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). O modelo atômico de Thomson descreve o átomo como uma massa esférica carregada positivamente com elétrons inseridos nela, como um pudim de passas. O número de elétrons neste modelo foi suficiente para neutralizar a carga positiva, e a distribuição da massa positiva e dos elétrons foi aleatória.
Ele fez experiências com raios catódicos: em um tubo de vácuo, ele passou os raios de corrente com duas placas, produzindo um campo elétrico que os desviou. Assim, ele determinou que a eletricidade era composta de outra partícula; descobrir a existência de elétrons.
No entanto, o modelo atômico de Thomson foi breve, nunca tendo aceitação acadêmica. Sua descrição da estrutura interna do átomo estava incorreta, assim como a distribuição de cargas, ela não levava em consideração a existência de nêutrons e não se sabia sobre prótons. Nem explica a regularidade da Tabela Periódica dos Elementos.
Apesar disso, seus estudos serviram de base para descobertas posteriores, uma vez que a partir desse modelo, sabia-se da existência de partículas subatômicas.
Massa atômica
Representada pela letra A, a massa total dos prótons e nêutrons contidos em um átomo é chamada de massa atômica, sem levar em conta os elétrons, pois sua massa é tão pequena que pode ser descartada.
Isótopos são variações de átomos do mesmo elemento com o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons, de modo que sua massa atômica será diferente mesmo quando eles forem muito semelhantes.
Número atômico
É representado pela letra Z e se refere ao número de prótons contidos em um átomo, que é o mesmo número de elétrons nele. A Tabela Periódica dos Elementos de Mendeleev de 1869 é ordenada do menor ao maior de acordo com o número atômico.
