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Estrutura Atômica e Partículas Subatômicas
A estrutura atômica é a estrutura que descreve a estrutura e o comportamento dos átomos. Compreender a estrutura atômica é importante em muitos campos da ciência, especialmente química e física. No centro deste estudo estão as partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons.
Modelo básico do átomo
Os átomos são as unidades básicas da matéria e a estrutura definidora dos elementos. A palavra "átomo" vem da palavra grega "átomos", que significa indivisível. No entanto, à medida que a ciência progrediu, descobriu-se que os átomos são compostos por partículas menores.
No início do século 19, John Dalton propôs que cada elemento era composto de átomos únicos. No entanto, ele não descreveu sua estrutura interna. Mais tarde, J.J. Thomson descobriu o elétron, levando à percepção de que os átomos eram compostos por componentes ainda menores.
Partículas subatômicas
As partículas subatômicas são várias unidades de matéria ou energia que são os componentes básicos de toda a matéria. Os cientistas classificam essas partículas em três tipos principais: prótons, nêutrons e elétrons.
Próton
Prótons são partículas carregadas positivamente encontradas no núcleo de um átomo. Cada próton tem uma carga de +1. O número de prótons no núcleo de um átomo determina a qual elemento ele pertence. Por exemplo, o hidrogênio tem um próton, enquanto o hélio tem dois.
Você verá frequentemente o número de prótons representado pelo número atômico (Z). Isso é único para cada elemento e pode ser encontrado na tabela periódica.
Nêutron
Nêutrons são partículas sem carga que estão localizadas no núcleo junto com os prótons. Eles desempenham um papel importante na estabilidade do átomo. Nêutrons têm carga neutra e adicionam massa ao átomo sem adicionar carga.
Na ilustração acima, "P" significa prótons e "N" significa nêutrons. Estes estão localizados no núcleo.
Elétrons
Elétrons são partículas subatômicas carregadas negativamente que orbitam o núcleo de um átomo. Cada elétron tem uma carga de -1. Elétrons movem-se rapidamente em torno do núcleo em regiões chamadas camadas de elétrons ou níveis de energia.
As esferas que orbitam nesta ilustração representam elétrons.
Modelo de Rutherford
Ernest Rutherford desenvolveu um modelo do átomo no início do século 20 com base nos resultados de seu experimento de folha de ouro. Ele propôs que os átomos consistem em um pequeno núcleo denso com prótons e nêutrons, e uma nuvem de elétrons que orbitam este núcleo.
Sua desvantagem, no entanto, era que ele não podia explicar completamente o comportamento dos átomos, especialmente no que diz respeito ao arranjo dos elétrons.
Modelo de Bohr
Niels Bohr melhorou o modelo de Rutherford propondo que os elétrons orbitam o núcleo em níveis de energia específicos. Este modelo introduziu a teoria quântica para descrever o comportamento dos elétrons. Elétrons podem pular entre diferentes níveis de energia ao absorver ou emitir energia.
O modelo de Bohr acima mostra elétrons em diferentes níveis de energia, indicando quanto espaço ocupam ao redor do núcleo.
Modelo mecânico quântico do átomo
A visão moderna do átomo é baseada na mecânica quântica. Esta teoria afirma que os elétrons não orbitam em caminhos fixos, mas sim em regiões de espaço chamadas orbitais. Estes orbitais definem a probabilidade de encontrar um elétron em uma localização particular.
Classes
As formas e tamanhos dos orbitais são obtidos a partir da solução matemática da equação de Schrödinger. Eles são de diferentes tipos, como 1s, 2s, 2p, etc.
S-orbitais
S-orbitais são esféricos. Orbitais 1s e 2s são assim:
P-orbitais
P-orbitais têm forma de haltere e têm três orientações: px, py, e pz.
Átomos e elementos
Cada elemento na tabela periódica é composto por átomos, todos os átomos de um determinado elemento têm o mesmo número de prótons. Os elementos na tabela são organizados de acordo com o número atômico crescente, que é o número de prótons no núcleo de um átomo.
Hidrogênio: Z = 1
Hélio: Z = 2
Lítio: Z = 3
Isótopos
Isótopos são formas diferentes do mesmo elemento, tendo o mesmo número de prótons no núcleo, mas diferentes números de nêutrons. Eles têm diferentes números de massa, mas o mesmo número atômico.
Exemplo: isótopos de carbono
Carbono-12: 6 prótons, 6 nêutrons
Carbono-14: 6 prótons, 8 nêutrons
Anions
Átomos podem ganhar ou perder elétrons para se tornarem íons. Íons positivamente carregados, ou cátions, são formados pela perda de elétrons. Íons negativamente carregados, ou ânions, são formados pelo ganho de elétrons.
Sódio (Na) perde um elétron para se tornar Na⁺.
Cloro (Cl) ganha elétrons para se tornar Cl⁻.
Ligação química
Átomos podem se unir para formar moléculas e compostos formando ligações químicas. Os três tipos principais de ligações são ligações iônicas, covalentes e metálicas.
Ligação iônica
A ligação iônica ocorre quando há uma transferência de elétrons de um átomo para outro, resultando na formação de íons carregados positiva e negativamente.
Exemplo: Cloreto de sódio (NaCl)
Na⁺ e Cl⁻ formam uma ligação iônica para formar sal de cozinha.
Ligações covalentes
Ligações covalentes são formadas quando átomos compartilham elétrons para alcançar uma camada externa completa de elétrons.
Exemplo: Água (H₂O)
Dois átomos de hidrogênio compartilham elétrons com um átomo de oxigênio.
Ligação metálica
A ligação metálica é um tipo de ligação química que ocorre entre átomos de elementos metálicos. Envolve o compartilhamento de elétrons livres entre as redes de átomos de metal.
A estrutura única dos metais permite que eles conduzam eletricidade e calor de forma eficiente.
Conclusão
O estudo da estrutura atômica e das partículas subatômicas nos dá um conhecimento profundo sobre o funcionamento da matéria em seu nível mais básico. A jornada desde o conceito inicial de átomos indivisíveis até as complexas teorias modernas representa progresso na compreensão científica. Este conhecimento forma a base fundamental para várias disciplinas científicas.
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