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SBCSBC
2º2º--Quadrimestre/ 2013Quadrimestre/ 2013
Estrutura da Matéria
Prof. Dr. Gustavo Morari do Nascimento
E-mail: gustavo.morari@ufabc.edu.br
AULAS 6 e 7
Tipos de Materiais
•Quanto a mobilidade de cargas, observamos dois tipos 
de materiais: 
•Isolantes 
•Condutores 
Tipos de Materiais
•Os materiais isolantes não conduz cargas
elétricas e, portanto, não conduz eletricidade.
Tipos de Materiais
•Condutores são materiais que conduzem
eletricidade.
•Os materiais, como o vidro, que conservam as cargas
nas regiões onde elas surgem são chamados isolantes
ou dielétricos. Os materiais, nos quais as cargas se
espalham imediatamente, são chamados condutores.
Isolantes x Condutores
/ [log/Scm-1] Polímeros Outros materiais
6
5
3
PA dopado 
PANI dopada
Fe, Cu
0
Polipirrol, 
Politiofeno 
dopados
Grafite, Si 
dopado
-5 PA Si, Ti, In
-10 Polipirrol, 
Politiofeno, 
PANI
diamante
-15 nylon
-20 Teflon quartzo
Condutividade
Prêmio Nobel 2000
mais condutivos
menos condutivos
y 1-y
Banda de Valência
Banda de Condução
Banda 
Banda *
440 nm
(2,84 eV)
780 nm (1,60 eV)
360 nm
(3,47 eV)
Banda polaron
A
Banda de Valência
Banda de Condução
Banda 
Banda *
440 nm
(2,84 eV)
780 nm (1,60 eV)
360 nm
(3,47 eV)
Banda polaron
A
N N N N
H H
n
HCl
+
N
HH
NNN
H H
+
n
Cl - Cl -
PANI-ES
PANI-ES
PANI-EB
PANI-EB
y= 0 Pernigranilina
y= 0.5 Esmeraldina
y= 1 Leucoesmeraldina
/ nm
E/ eV
Ab
so
rb
ân
ci
a
Polímeros Condutores. Ex. Polianilina
•Caso dois objetos que possuam cargas e forem separados
por um material condutor, as cargas se moverão até que
os objetos tenham a mesma carga. Nesse movimento
haverá uma corrente elétrica entre os objetos.
Corrente elétrica
i = Q/t (A)
Corrente elétrica
• A unidade de corrente no SI é ampere A. A corrente
elétrica será proporcional ao potencial.
U = R x i
Georg Simon Ohm 
(1789-1854)
Materiais Supercondutores
•Há determinados mateirais que ao se submetido à temperaturas
baixas tem sua resistência indo a zero tornando supercondutores.
Fontes de eletricidade: 
Das diversas fontes de eletricidade, podemos citar: 
- Atrito - Química - Térmica - Mecânica
em todas a idéia é de transformação de energia. 
Corrente elétrica
Fontes Químicas
•Alessandro Volta observou a existência de corrente
elétrica quando, em uma célula, duas placas de metais
diferentes são colocados numa solução de ácido sulfúrico.
Hipótese de Arrhenius 
•Para explicar esse fato, Arrhenius propôs que o açúcar ou o sal se
dividem em moléculas menores quando estão em solução de água.
Na dissociação do sal as moléculas são chamados de íons:
carregadas positivamente, cátions, e negativamente, ânions.
Eletrólise
•Para entendermos melhor o que acontece, vemos no processo de
eletrólise a hipótese de Arrhenius.
Mas o que vem a ser e- ? 
Leis de Faraday
Ao observar a eletrólise Faraday formulou
as seguintes leis:
1) A massa de uma substância produzida
por um catodo ou anodo de uma eletrólise
é proporcional a carga passada na célula.
2) As massas de diferentes substâncias
produzidas pela mesma carga são
proporcionais a massa equivalente das
substâncias.
Michael Faraday 
(1791-1867)
Número de Faraday
•Dessas leis supomos que para a produção de 1mol de
substância foi usado 1mol de carga elétrica, e a
quantidade de carga contida nesse mol é o número de
Faraday.
Q = nF
F=96.490C/mol
Funcionamento da Pilha
•Com a hipótese de Arrhenius podemos entender melhor
como se dá o funcionamento de uma célula voltaica.
Funcionamento da Pilha
•1mol de carga elétrica 1mol de substância
6,022x1023 partículas!
•A eletricidade existe em unidades discretas. Essa partícula
começou a ser chamada de elétron por Stoney.
George Johnstone 
Stoney (1826-1911)
Tubos de raios Catódicos
Experimento de Thomson
Primeira evidência experimental da estrutura interna dos átomos 
– J.J. Thomson (1897) 
Experimento de Thomson
•Observando os desvios que os raios faziam quando a
tensão no capacitor mudava, ele obteve uma razão entre
a massa e a carga do elétron. Hoje sabemos que essa
razão é de:
݁
݉
= 1,75 × 1011 ܥ/݃ 
Experimento de Millikan
Carga do Elétron
݁ = −1,602 × 10−19 ܥ
•E como os valores da carga da gota eram múltiplos de um valor, 
ele pode afirmar que esse valor é a carga do elétron. 
Massa do Elétron
•Conhecida a carga do elétron, pudemos utilizar o
experimento de Thomson para determinar a massa do
elétron.
݉݁ = 9,1083 × 10−31݇݃ 
݉݁ = 11837݉ܪ 
Radiação Eletromagnética
•As ondas eletromagnéticas são produzidas pela aceleração de
cargas.
Radiação Eletromagnética
•Os diferentes tipos e cores são devido às diferentes
frequências (ou comprimentos de onda) da onda
eletromagnética.
Hipótese Atômica - Radioatividade
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Röntger descobriu acidentalmente o raios x. Diante de um tubo
de raios catódicos ele carregava em seu bolso uma placa de
nitrato de prata, ao ser revelada observou-se uma reação entre os
raios e o composto químico.
Hipótese Atômica - Radioatividade
•A primeira aplicação de Röntgen para o raios x foi
de revelar fotos na qual ossos vivos se mostravam
sem que o corpo fosse dilacerado. Isso ocorre pois
esses raios atravessam a carne, pois sua densidade
é baixa em relação aos osso. Porém ao encontrá-los
são refletidos.
Hipótese Atômica - Radioatividade
(Radioatividade e estabilidade do núcleo) 
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Observaram que o raios x não é um feixe de partículas carregadas. Quando
incidido em um cristal sofre uma difração como ondas.
Mas o que são
ondas?
Hipótese Atômica - Radioatividade
Hipótese Atômica - Radioatividade
Encontrou apenas o urânio que emitia esses 
raios… 
Hipótese Atômica - Radioatividade
Hipótese Atômica - Radioatividade
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Marie Curie mostrou que a
radiação, que ela chamou de
radioatividade, era emitida pelo
urânio, independente do composto
em que ele estava.
•Átomos de urânio eram a fonte de
radiação. Assim como: tório, rádio
e polônio.
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Química nuclear: Fissão e Fusão nuclear.
•Em alguns núcleos a repulsão que os prótons exercem uns sobre os
outros supera a força que mantém os núcleos unidos. Ocorre, então,
a ejeção de fragmentos dos núcleos, um processo chamado
decaimento.
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Ernest Rutherford (1898) identificou três 
diferentes tipos de radioatividade ao 
observar o efeito de campos elétricos sobre 
as emissões radioativas; 
•3 tipos de radiação: alfa , beta e gama . 
Hipótese Atômica - Radioatividade
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Partículas alfa : a partir da carga e da massa das partículas,
ele pode identificá-las como sendo átomos de hélio que
tinham perdido seus dois elétrons (He2+).
•Partículas beta : não têm prótons ou nêutrons, seu
número de massa é zero. Através da medida da carga e massa
dessas partículas, ele mostrou que elas eram elétrons, que
eram emitidos com altas velocidades pelo núcleo.
•Partículas gama: não era afetada pelo campo elétrico. Como
a luz, a radiação gama é radiação eletromagnética, mas de
frequência muito alta alta (maior do que 1020 Hz),
correspondendo a comprimentos de onda menores do que 1
pm.
ߙ24 
݁−10 
Hipótese Atômica - Radioatividade
Hipótese Atômica - Radioatividade
•Os cientistas identificaram outros tipos de radiação nuclear. Algumas são originadas por
partículas que se movem rapidamente, como nêutrons ou prótons. Outras são
antipartículas.
Efeitos Biológicosda Radiação
•A radioatividade é produzida pelo decaimento nuclear, a decomposição
parcial de um núcleo;
•A mudança de composição de um núcleo é chamada de reação nuclear;
•Os núcleos que modificam suas estruturas espontaneamente e emitem
radiação são chamados de radioativos.
•Reações nucleares versus Reações químicas.
–Isótopos diferentes de um mesmo elemento sofrem essencialmente as
mesmas reações químicas, mas seus núcleos sofrem reações nucleares muito
diferentes;
–Transmutação nuclear, isto é, a conversão de um elemento em outro.
–Variações de energia são muito maiores para as reações nucleares do que
para as reações químicas. Exemplo: combustão de 1,0 g de metano (52 kJ de
energia na forma de calor). Em contrapartida, uma reação nuclear de 1,0 g de
urânio-235 produz cerca de 8,2 x 107 kJ de energia.
Hipótese Atômica - Radioatividade
• O número de massa total e a
carga total se conservam em
uma reação nuclear.
Reações Nucleares
ܴܽ → ܴ݊ + ߙ24 8622288226 + ܧ݊݁ݎ݃݅ܽ 
Reações Nucleares
•A perda de uma carga negativa quando um elétron é ejetado
pelo núcleo, pode ser interpretada como a conversão de um
nêutron em um próton dentro do núcleo:
•As reações nucleares podem levar à formação de diferentes
elementos. A transmutação de um núcleo pode ser predita com
base nos números atômicos e números de massa da equação
nuclear do processo.
݊ → ݌11 + ݁−1001 
݊ → ݌ + ߚ ou
Decaimento Natural
Meia Vida (t1/2)
Meia Vida (t1/2)
Elementos Transurânicos (Z > 92)
1912-1999 Glenn T. Seaborg
Prêmio Nobel de Química 1951
ܷ + ݊ → ܷ922390192238 → ܰ݌93239 + ݁−10 
ܰ݌ → ܲݑ94239 + ݁−1093239 1940
Mar de Estabilidade
Mar de Estabilidade
Reatores Nucleares
ܷ + ݊01 → ܤܽ + ܭݎ3692 5614292235 + 2 ݊01 + ܧ݊݁ݎ݃݅ܽ 
Reatores Nucleares
Detalhes do reatores:
•Fontes de neutrons: geralmente polônio
•Moderadores: grafite, água pesada (D2O ou água leve (H2O) 
(reduzir a velocidade dos nêutrons)
•Massa crítica  físsão nuclear em cadeia se sustenta
•Massa supercrítica  não é possível controlar
•Massa subcrítica massa menor do que o valor crítico
Bombas Atômicas
6 de Agosto de 1945  Hiroshima (Little Boy)
9 de Agosto de 1945  Nagasaki (Fat Boy)
Veículos Espaciais
Sonda Cassini T a m a n h o : s e m e l h a n t e a u m
p e q u e n o ô n i b u s e s c o l a r
P e s o : 5 . 6 5 0 K g
M i s s ã o : e x p l o r a r S a t u r n o e s u a
l u a T i t ã
C a r g a d e p l u t ô n i o : 3 3 q u i l o s
C u s t o : 3 , 2 B i l h õ e s d e d o l a r e s
Motores RTG
Radioisotope thermoelectric generator
1kg gera 567 watts de potência
T1/2 = 87.7 anos
ܲݑ → ܷ + ߙ24 9223494238 + ܧ݊݁ݎ݃݅ܽ 
Datação (14C)
ܰ + ݊01 → ܥ + ݌11 614714 + ܧ݊݁ݎ݃݅ܽ 
ܥ → ܰ + ݁−10714 614 + ܧ݊݁ݎ݃݅ܽ 
T1/2 (14C) = 5.715 anos
Idade: 1260-1390 d.C.
Sudário de Turim
Organimos vivos razão 14C/12C é constante
Após morte: razão diminui
Comparação entre as razões  estimativa de 
idade (até 50.000 mil anos)
Medicina Nuclear
PET –TOMOGRAFIA POR EMISSÃO DE POSITRONS
18F, 13N, 15O