1) Qual o interesse da Física
em estudar os átomos?
Depois de muitos anos da utilização da física conhecida como clássica, percebeu-se que suas
teorias já não eram suficientes em algumas situações. Foi criada, então,
a física quântica. Por volta do
século XX, o mundo da física se ampliou para elementos muito minúsculos, muitas
vezes não identificáveis a olho nu, incluindo átomos e partículas subatômicas.
Um exemplo dessas partículas é o quantum ou fóton. É daí que vem
o nome da física quântica.
2) Como é conhecida a física que trata dos átomos?
A física nuclear investiga diversas interações entre as partículas de
um átomo. Por exemplo: transições de energia, fusão nuclear, decaimento
radioativo e fissão. A física nuclear, assim como a mecânica quântica e a
física relativística, faz parte da física moderna. Seu enfoque está no estudo
das partículas presentes no núcleo atômico e das interações entre elas.
3) Quais são as concepções de átomo que podemos notar na atualidade?
Modelos atômicos foram propostos por diversos cientistas, os mais famosos são os modelos atômicos de Rutherford e Bohr. Anteriormente, os gregos pensavam que o átomo era a menor parte da matéria e que era indivisível, porém mais tarde notou-se que era composto por um núcleo formado por partículas positivas os chamados prótons e por partículas negativas chamados de elétrons. E mais recentemente, cientistas descobriram que esses núcleos são formados por partículas ainda menores que os prótons e os elétrons. Além dos prótons os cientistas observaram que existiam partículas que emitiam certos tipos de energia no núcleo.
4) Como é apresentado o modelo de Rutherford?
Ernest Rutherford (1871-1937) propôs um modelo atômico no qual a carga
elétrica positiva e a grande porção da massa do átomo, estão concentradas numa
pequena região no centro do átomo, chamada núcleo. Os elétrons se movem em
torno do núcleo, como os planetas em torno do Sol, mas atraídos pela força
elétrica, em vez da força gravitacional.
5) Como é apresentado o modelo de Bohr?
O modelo de Rutherford apresentava alguns problemas, Niels Bohr (1885-192) modificou esse modelo para explicar a estabilidade dos átomos. Quando um átomo recebe energia, um de seus elétrons passa a se mover numa órbita de maior energia, mais afastado do núcleo. Esse elétron não fica muito tempo nessa órbita de energia mais alta; assim, o átomo perde o excesso de energia, quanto o elétron retorna à orbita de origem.
·
Os experimentos de J.J. Thomson com tubos de raios
catódicos mostraram que todos os átomos
contêm minúsculas partículas subatômicas com carga negativa, ou elétrons.
·
Thomson propôs o modelo do pudim de passas do
átomo, com elétrons carregados negativamente inseridos em uma "sopa"
carregada positivamente.
·
O experimento da folha de ouro de Rutherford
mostrou que o átomo constitui-se principalmente de espaço vazio, com um núcleo minúsculo, denso e carregado positivamente.
·
Com base nesses resultados, Rutherford propôs
o modelo nuclear do átomo.
6) Por que se propôs a existência, no núcleo, de um tipo de interação diferente da elétrica e da gravitacional?
Como há estabilidade em
vários núcleos atômicos e a força de repulsão elétrica entre prótons é bem
maior que a atração gravitacional entre eles, foi necessário supor a existência
de outro tipo de força de atração, de natureza diferente das já conhecidas.
7) O que se entende como um
núcleo estável?
Nós núcleos estáveis, a resultante das forças elétricas de repulsão é
menor que a nuclear. Se houvesse instabilidade, a situação se inverteria.
8) O que garante a
estabilidade do núcleo atômico?
Inspirado no modelo Rutherford-Bohr, James Chardwick (1891-1974)
verificou que o núcleo atômico é formado por dois tipos de partículas: prótons que têm carga elétrica de valor
igual à do elétron, mas de sinal contrário, e nêutrons, que têm massa igual à
anterior, mas são eletricamente neutros. Entre essas partículas age a força
nuclear, muito mais intensa do que as forças fundamentais que conhecemos, que
são a força elétrica e a força gravitacional.
9) Por que a força nuclear não
é detectada entre prótons de um átomo e nêutrons de outro átomo?
A força nuclear age em pequenas distâncias, dentro do núcleo, e não faz
efeito em distâncias maiores.
10) Todos os núcleos atômicos sempre se mantém estáveis?
O núcleo atômico não é sempre estável, mas sofre a desintegração: são
os processos de emissão radioativa. Quando o núcleo emite partículas, seu
número atômico varia e ele se transforma no núcleo de outro elemento químico. É
a radioatividade.
11) Então existem dois tipos de força nuclear?
Há interações de duas forças presentes em um átomo, força forte e força fraca. A força forte é aquela responsável por manter os prótons e nêutrons inteiros, já a força fraca está ligada ao decaimento do núcleo ou radioatividade.
12) Onde se manifesta a
força forte?
O nome curioso dessa interação deve-se a sua grande intensidade: ela é
responsável por manter os núcleos atômicos unidos, a despeito da grande força de repulsão eletrostática existente
entre os prótons.
É uma força de curto alcance,
cerca de 10-15 m. Núcleos atômicos muito maiores que isso tendem a
ser instáveis,
pois, nesse caso, a força eletrostática é
predominante. Trata-se da mais forte de todas as interações da natureza e é
mediada por bósons chamados de glúons. Além disso, os hádrons,
como prótons e nêutrons,
por exemplo, são formados por trios de quarks,
mantidos exclusivamente pela ação da força forte, que é mediada por bósons chamados
de glúons.
A força forte não atua entre os léptons (elétrons,
neutrinos, múons, taúons), pois eles não possuem a propriedade que
define a intensidade da força forte: a carga cor.
13) Onde se manifesta a
força fraca ?
A interação fraca age entre os dois tipos de férmions: léptons e
quarks. É a força responsável pelo decaimento
radioativo, realizando a transformação de
um tipo de quark em outro por meio da emissão de elétrons ou
de pósitrons (antimatéria
correspondente ao elétron). É cerca de um milhão de vezes mais fraca que a
força forte, e o seu alcance é ainda menor, de apenas 10-18 m. Essa
interação é mediada pelos bósons vetoriais intermediários W+, W- e Z.
A teoria da Física que reúne as interações da natureza, bem como as
suas partículas mediadoras e
interagentes, é o modelo padrão da
Física de partículas. A figura a seguir apresenta as 17 partículas
fundamentais:
Atividades:
1) Julgue cada afirmativa
como verdadeira (V) ou falsa (F):
a) Toda substância é
formada por átomos, e o átomo é a menor parte de toda a matéria. ( )
b) Pode-se dizer que o
átomo é formado por três partículas diferentes: prótons, elétrons e neutros.
( )
c) As três partículas
formadoras de um átomo têm carga elétrica positiva.
d) A física nuclear se
interessa em estudar a parte microscópica da matéria, os átomos e as interações
que envolve esses estudos. ( )
e) A força nuclear é de
curto alcance, não atuando em distâncias atômicas. ( )
2) O que explica a
estabilidade do núcleo atômico é:
(A) a igualdade do número de prótons e de
elétrons.
(B) a ação da força gravitacional entre os
nêutrons.
(C) a ação da força elétrica entre as
cargas elétricas.
(D) a ação de uma força de natureza
atrativa relacionada à massa dos prótons e nêutrons.
3) Quais os dois tipos de
forças estudadas pela física nuclear?
(A) Central e Periférica
(B) Fraca e Forte
(C) Alta e Baixa
(D) Próxima e Distante
4) Existem, na natureza, apenas quatro tipos de forças citadas a seguir em ordem decrescente de intensidade:
1. Força nuclear forte: atua em escala nuclear, tendo, portanto,
um alcance extremamente pequeno. É esse tipo de força que mantém os quarks
unidos para formarem os prótons e nêutrons, e mantém os prótons e nêutrons no
núcleo de um átomo.
2. Força eletromagnética: é
aquela existente entre partículas dotadas de carga elétrica; pode ser atrativa
ou repulsiva.
3. Força nuclear fraca: atua
em escala nuclear com alcance ainda menor que o da força nuclear forte; é
responsável pelo processo de emissão radioativa.
4. Força gravitacional: é a
força atrativa que existe entre partículas dotadas de massa.
Baseado no texto, responda: o
que é força do núcleo de um átomo com estabilidade?
(A) É de natureza diferente
das quatro forças citadas.
(B) É de natureza
gravitacional.
(C) É de natureza
eletromagnética.
(D) É de natureza nuclear
forte.
(E) É de natureza nuclear
fraca.
Pesquisa
Google:
1)
O que são íons?
2)
Como são formados os íons positivos?
3)
Como são formados os íons negativos?
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