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“Atomística e Radioatividade”

Profa. Núria GalaciniProfa. Núria Galacini

Profa. Samara GarciaProfa. Samara Garcia

A evolução dos modelos atômicos

Demócrito: Demócrito: no século IV a.C. afirmava que a matéria era composta de partículas indivisíveis, o átomo.

A evolução dos modelos atômicos

John Dalton: John Dalton: em 1808 formulou uma definição acerca dos átomos:

Os elementos são constituídos por partículas extremamente pequenas, chamados átomos.

Todos os átomos de um dado elemento são idênticos, têm o mesmo tamanho, massa e propriedades químicas.

Os átomos de um elemento são diferentes dos átomos de outro elemento qualquer.

A evolução dos modelos atômicos

Os compostos são constituídos por átomos de mais de um elemento.

Em qualquer composto a razão entre o número de átomos de qualquer dos elementos é um número inteiro, ou uma fração simples.

A evolução dos modelos atômicos

Modelo atômico de John Dalton: Modelo atômico de John Dalton: bola de bilhar

Segundo Dalton, o átomo seria uma esfera uniforme, como uma bola de bilhar.

A evolução dos modelos atômicos

J.J. Thomson: J.J. Thomson: em 1897, ele demonstrou que o átomo não era indivisível (descoberta do elétron) :

http://www.youtube.com/watch?v=9zHJ1x-A-gk&feature=related

A evolução dos modelos atômicos

Tubo de raios catódicos:Tubo de raios catódicos:

Partículas emitidas pelo cátodo são dirigidas para o ânodo. Um orifício permite que estas partículas o atravessem, originando o raio catódico. Este raio atinge uma placa fluorescente. Colocando um campo elétrico no caminho do raio catódico, este é atraído pelo prato possuindo carga positiva e repelido pelo prato de carga negativa, indicando que se trata de partículas carregadas negativamente: os elétrons. Sendo os átomos eletricamente neutros, então cada átomo deveria conter igual número de cargas positivas e negativas.

A evolução dos modelos atômicos

Modelo atômico de J.J. Thomson: Modelo atômico de J.J. Thomson: pudim de passas (ou ameixas?)

Segundo Thomson, o átomo seria como um “pudim de passas”, ou seja os elétrons deveria estar “encrustrados” numa esfera uniforme e positiva.

A evolução dos modelos atômicos

Descoberta do próton: Descoberta do próton: Em 1886, o físico alemão Eugen Goldstein, usando uma aparelhagem semelhante à de Thomson, observou o aparecimento de um feixe luminoso no sentido oposto ao dos elétrons. Concluiu que os componentes desse feixe deveriam apresentar carga elétrica positiva.

A evolução dos modelos atômicos

Em 1904, Ernest Rutherford, ao realizar o mesmo experimento com o gás hidrogênio, detectou a presença de partículas com carga elétrica positiva ainda menores, as quais ele denominou prótons. A massa de um próton é aproximadamente 1 836 vezes maior que a de um elétron.

A evolução dos modelos atômicos

Experimento de Rutherford: Em 1910, Rutherford decide usar partículas α (emitidas por átomos radioativos) para provar a estrutura do átomo. Para isso bombardeou finas películas de ouro com estas partículas α, sendo os resultados surpreendentes: a maioria das partículas atravessava a película, algumas mudavam de direção, e outras (poucas) voltavam para trás.

http://www.youtube.com/watch?v=Q8RuO2ekNGw

A evolução dos modelos atômicos

As observações feitas durante o experimento levaram Rutherford a tirar uma série de conclusões:

A evolução dos modelos atômicos

Modelo atômico de Ernest Rutherford: Modelo atômico de Ernest Rutherford: sistema solar

Rutherford propôs assim, que as cargas positivas estavam concentradas num núcleo, na parte central do átomo.

A evolução dos modelos atômicos

... apesar do sucesso de Rutherford, na tentativa de explicar a

estrutura do átomo, continuavam muitos aspectos por

esclarecer. Por exemplo, sabia-se que o hidrogênio continha

um próton e o hélio 2 prótons, mas a relação de massas não

era de 2:1 mas sim de 4:1 (despreza-se a massa dos elétrons

que é muito pequena comparada com a dos prótons)...

A evolução dos modelos atômicos

... isto só foi resolvido com a descoberta do nêutron por Chadwick, em 1932. Chadwick bombardeou uma película de berílio com partículas α, e o metal emitia uma radiação altamente energética, constituída por partículas neutras, e com uma massa ligeiramente superior à do próton: o nêutron.

A evolução dos modelos atômicos

...com esta descoberta, a constituição do átomo ficou definitivamente estabelecida: os átomos são constituídos por núcleos muito pequenos e muito densos, cercados por “nuvens” de elétrons a distâncias relativamente grandes do núcleo. Todos os núcleos contêm prótons. Núcleos de todos osátomos, exceto o hidrogênio, contêm também nêutrons.

A evolução dos modelos atômicos

Niels Bohr: Niels Bohr: em 1913, propôs um novo modelo atômico, relacionando a distribuição dos elétrons na eletrosfera com sua quantidade de energia.

A evolução dos modelos atômicos

O modelo atômico de Bohr: O modelo atômico de Bohr: esse modelo baseia-se nos seguintes postulados:

Os elétrons descrevem órbitas circulares ao redor do núcleo.

Cada uma dessas órbitas tem energia constante. Os elétrons que estão situados em órbitas mais afastadas do núcleo apresentarão maior quantidade de energia.

Quando um elétron absorve certa quantidade de energia, salta para uma órbita mais energética. Quando ele retorna à sua órbita original, libera a mesma quantidade de energia, na forma de onda eletromagnética (luz). Essas órbitas foram denominadas níveis de energia. São conhecidos sete níveis de energia ou camadas, denominadas K, L, M, N, O, P e Q.

A evolução dos modelos atômicos

O modelo de Böhr permite relacionar as órbitas (níveis de energia) com os espectros descontínuos dos elementos.

Radioatividade

Breve Histórico:Breve Histórico:

1896: Antoine-Henri Becquerel percebeu que um sal de urânio sensibilizava o negativo de um filme fotográfico, recoberto por papel preto ou por uma fina lâmina de metal. As radiações emitidas apresentavam propriedades semelhantes à dos raios X, e foi denominada radioatividade.

1897: Marie Sklodowska Curie demonstrou que a intensidade da radiação é proporcional à quantidade de urânio na amostra e concluiu que a radioatividade é um fenômeno atômico.

Radioatividade

Breve Histórico:Breve Histórico:

1897: Ernest Rutherford criou uma aparelhagem para estudar a ação de um campo eletromagnético sobre as radiações:

Radioatividade

partículas: possuem massa

radiação: não possui massa

Radioatividade

Leis da Radioatividade

Primeira lei: a emissão de partícula alfa (α) O átomo de um elemento radioativo, ao emitir uma partícula α, dá origem a um novo elemento que apresenta n° de massa (A) com 4 unidades a menos e n° atômico (Z) com 2 unidades a menos.Genericamente, tem-se:

Exemplo:

Leis da Radioatividade

Segunda lei: a emissão de partícula beta (β) Nessa emissão, um nêutron se decompõe, originando um próton que permanece no núcleo, um elétron e uma subpartícula denominada antineutrino. Todos eles são emitidos:

Se um átomo de um elemento radioativo R emite uma partícula β (um elétron), dá origem a um novo elemento S com o mesmo n° de massa (A) e com o n° atômico (Z) uma unidade maior.Genericamente, tem-se:

Leis da Radioatividade

Segunda lei: a emissão de partícula beta (β)

Exemplo:

Obs.: Como as radiações γ são ondas eletromagnéticas, sua emissão não altera nem o n° atômico nem o n° de massa do átomo. Por esse motivo, sua emissão não costuma ser representada por equações.

Cinética das desintegrações radioativas

Tempo de meia-vida ou período de semi-desintegração (P ou t1/2): é o tempo necessário para que a metade dos núcleos radioativos se desintegre, ou seja, para que uma amostra radioativa se reduza à metade.

Cinética das desintegrações radioativas

Exemplo: decaimento de uma amostra de 16 g de fósforo-32, que se reduz a 8 g em 14 dias, originando o enxofre-16. Assim sua meia-vida é de 14 dias.

Fissão Nuclear

“Divisão” de um átomo de grande massa atômica, com grande liberação de energia.

Fissão Nuclear – Bomba Atômica

Em 1945, os Estados Unidos conseguiram obter as massas críticas de urânio e de plutônio necessárias para produzir a reação em cadeia. Foi produzida, então, a primeira bomba atômica, detonada em 16 de julho de 1945 no deserto do Novo México. A ideia de apressar o término da Segunda Guerra Mundial levou o presidente americano Harry Truman a ordenar o lançamento de bombas atômicas sobre o Japão. Em 6 de agosto do mesmo ano foi lançada sobre Hiroshima uma bomba atômica de urânio chamada Littleboy. A bomba detonada sobre Hiroshima tinha 7 quilogramas de urânio-235 e um poder destrutivo equivalente a 20 mil toneladas de TNT (20 quiloton), que provocou a morte imediata de aproximadamente 100 mil pessoas. Três dias depois, foi lançada outra bomba atômica de plutônio sobre a cidade de Nagasaki, resultando na morte imediata de 20 mil pessoas.

Fissão Nuclear – Bomba Atômica

A seqüência a seguir mostra os eventos que ocorrem na explosão de uma bomba atômica:

Fusão Nuclear

Praticamente toda a energia que a Terra recebe do Sol é produzida num processo denominado fusão nuclear:

Esse processo libera quantidades de energia ainda maiores que a fissão nuclear. Um grama de hidrogênio, através da fusão, libera uma quantidade de energia igual à liberada na queima de 20 t de carvão. A primeira aplicação desse processo pelo ser humano foi na bomba de hidrogênio.Uma das possibilidades de uso da fusão nuclear seria em equipamentos nos quais a reação possa ser controlada, aproveitando-se a gigantesca quantidade de energia liberada. A construção desses reatores de fusão nuclear, no entanto, apresenta uma série de dificuldades. Uma delas é a adequação do material constituinte do recipiente no qual a fusão deve ocorrer, pois a temperatura atinge valores muito elevados.

Exercícios

(ITA - 2010) Historicamente, a teoria atômica recebeu várias contribuições de

cientistas.

Assinale a opção que apresenta, na ordem cronológica CORRETA, os nomes de

cientistas que são apontados como autores de modelos atômicos.

a) Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr.

b) Thomson, Millikan, Dalton e Rutherford.

c) Avogadro, Thomson, Bohr e Rutherford.

d) Lavoisier, Proust, Gay-Lussac e Thomson.

e) Rutherford, Dalton, Bohr e Avogadro.

Exercícios(PUC-RJ - 2009) Na produção de fogos de artifício, diferentes metais são misturados à pólvora para que os fogos, quando detonados, produzam cores variadas. Por exemplo, o sódio, o estrôncio e o cobre produzem, respectivamente, as cores amarela, vermelha e azul. Se a localização dos elétrons num determinado nível depende da sua quantidade de energia, é incorreto afirmar que:

a) quando a pólvora explode, a energia produzida excita os elétrons dos átomos desses metais, fazendo-os passar de níveis de menor energia para níveis de maior energia.b) os níveis de menor energia são aqueles mais próximos do núcleo, e os níveis de maior energia são aqueles mais distantes do núcleo.c) quando o elétron retorna para o estado fundamental, ele cede energia anteriormente recebida sob a forma de luz.d) a luminosidade colorida nos fogos de artifício não depende do salto de elétrons de um nível para outro.e) no laboratório, o estrôncio poderia ser identificado pela coloração vermelha quando este recebe o calor de uma chama.

Exercícios

(Fuvest - 2010) A proporção do isótopo radioativo do carbono (14C), com meia-vida

de, aproximadamente, 5.700 anos, é constante na atmosfera. Todos os organismos

vivos absorvem tal isótopo por meio de fotossíntese e alimentação. Após a morte

desses organismos, a quantidade incorporada do 14C começa a diminuir

exponencialmente, por não haver mais absorção.

a) Balanceie a equação química da fotossíntese e destaque nela o composto em

que o 14C foi incorporado ao organismo.

b) Por que um pedaço de carvão que contenha 25% da quantidade original de14C

não pode ser proveniente de uma árvore do início da era cristã?

c) Por que não é possível fazer a datação de objetos de bronze a partir da avaliação

da quantidade de14C?