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Estrutura do Átomo e do Núcleo

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Átomos
 Retrospectiva do átomo de hidrogênio
 Estrutura eletrônica do átomo neutro
 Estrutura nuclear do átomo
 RMN
 
Átomo neutro
O átomo é constituido de um núcleo 
positivo com Z próton que definem o 
confinamento dos elétrons. Z é conhecido 
como número atômico e define os 
diferentes elementos químicos.
 
Átomo neutro
Um átomo neutro consiste de um sistema 
onde o núcleo com número atômico Z 
confina o mesmo número de elétrons.
Diferentemente do átomo de hidrogênio, o 
problema é que temos o número de elétron 
diferente de 1, podendo um elétron 
interagir com o outro.
Seja como for, descrito dessa forma, o 
estado fundamental é todos os elétrons no 
estado fundamental, porém experimentos 
mostram o contrário. 
 
Experimento de Franck e Hertz
No experimento 
proposto por 
Francke Hertz, 
uma ampola 
contendo gás de 
elementos 
conhecidos, um 
filamento, uma 
grade e uma placa 
metálica era 
colocada no 
seguinte arranjo 
experimental. 
 
Experimento de Franck e Hertz
Ao carregar positivamente a grade, os 
elétrons que saem do filamento adquirem 
energia para atravessar a grade e podem 
atingir a placa carregada negativamente 
desde que sua energia seja suficientemente 
grande para vencer a repulsão da placa. 
Um modo de medir essa energia é 
determinar em qual tensão a corrente de 
elétron que passa pela placa cessa.
 
Experimento de Franck e Hertz
Antes de atingir a grade, o elétron 
acelerado pode atingir os átomos que 
compõe o gás na ampola. Nessa colisão, o 
elétron pode ter energia suficiente para 
mudar o elétron ligado dentro do átomo 
para outro estado estacionário. 
 
Experimento de Franck e Hertz
A energia do elétron 
incidente pode ser 
tão grande que faça a 
ionização dos átomos 
contido no gás.
Verifica-se, para 
determinado número 
atômico, uma 
periodicidade na qual 
os elementos nobre 
(He(2),Ne(10),Ar(18),
Kr(32),Xe(54)) é mais 
difícil de ionizar. E os 
metais alcalinos os 
mais fáceis.
 
Princípio de exclusão
Como conclusão do experimento, podemos 
ver que os elétrons confinado ocupam 
estados estacionários diferentes.
O estado fundamental do átomo neutro de 
número atômico Z consiste de um 
empilhamento dos Z elétron dos estados 
estacionários de mais baixa energia.
 
Princípio de exclusão
Dessa forma,o átomo 
neutro de menor 
energia tem seus 
elétrons confinados 
distribuídos em 
camadas (denotadas 
pelo número principal 
n) e sub-camadas 
(denotadas por s 
(l=0), p (l=1), d (l=2), 
f (l=3)) 
 
Regra para configurar os 
átomos
O ordenamento 
para o 
preechimento de 
camada para o 
estado 
fundamental do 
átomo de muitos 
elétrons é dado 
seguindo a regra 
mnemônica 
conhecida como 
princípio de 
Aufbau.
1s2s 2p3s 3p4s3d 4p5s ...
 
Spin do elétron
Uma propriedade importante do elétron é 
seu momento magnético intrínseco. Este 
momento magnético pode ter valores 
positivo ou negativo e denotamos pela letra 
s, podendo ser s=1/2 ou s=-1/2. 
 
Estrutura do átomo neutro
Átomo de Hélio, He, tem Z=2, assim 
 
Estrutura do átomo de Lítio
Átomo de Lítio, Li, tem Z=3, assim,
 
Estrutura do átomo de Berílio
Átomo de Berílio, tem 
Z=4, assim,
 
Estrutura do Boro
Átomo de 
Boro, Z=5
 
Estrutura do Carbono
Átomo de carbono, Z=6
 
Estrutura do Lítio ao Neônio
Há uma certa periodicidade;
 
Estrutura do átomo de Neônio
Átomo de Neônio, tem Z=10,
 
Estrutura do átomo Sódio
Átomo de sódio, tem Z=11,
 
Exercício 
Determine a estrutura dos elementos de 
Z=11 até Z=18.
 
Tabela da camada P
Segue uma tabela baseado no que fizemos.
 
Estrutura do átomo de Potássio
Átomo de Potássio, Z=19
 
Estrutura dos elementos de 
20<Z<30
Para os elementos com 20<Z<30 temos a 
seguinte distribuição
 
Estrutura Nuclear do Átomo
Até então, consideramos átomos com Z 
prótons. Porém, existe outra partícula no 
núcleo atômico que, diferentemente do 
próton, não possuem carga elétrica. Essas 
partículas são os nêutrons.
 
Estrutura do núcleo
O núcleo atômico é caracterizado por um 
número atômico Z (o número de próton), 
um número de nêutrons N e um número de 
massa A (o número total de nucleon: 
prótons e nêutrons) A=Z+N.
Os núcleo com o mesmo número atômico e 
diferentes números de nêutrons são 
chamados de isotopos.
 
Estrutura do núcleo
As forças que seguram 
os prótons e nêutrons 
no núcleo e mantem a 
integridade do núcleo 
são as forças 
nucleares cuja 
característica. 
 
Estrutura do núcleo
Dado um número Z 
de prótons, existe um 
número máximo de 
nêutrons, N, na qual 
as forças nucleares 
internas ao núcleo 
sejam estáveis e 
mantem o núcleo. Da 
mesma forma, existe 
um número mínimo 
de nêutron na qual 
mantém a 
estabilidade do 
núcleo.
 
Estrutura do núcleo
A massa de um núcleo é menor que a soma 
das massas das partes.
A fusão de dois núcleos faz com que a 
massa do final seja maior que a dos dois 
separados. E no final há liberação de 
energia.
A fissão de um núcleo faz com que haja 
absorção de energia fazendo um aumento 
de massa.
 
Estrutura do núcleo
Segundo a teoria da relatividade de 
Einstein, a energia liberada ou absorvida no 
processo de fusão ou fissão nuclear é 
proporcional a variação de massa ocorrida.
Devido a diferença de massa, podemos 
associa-la com uma energia de ligação do 
núcleo dada por:
E=mc2
 
Estrutura do núcleo
Na figura 
temos a 
energia de 
ligação 
por 
núcleon 
em função 
do 
número 
de 
núcleons 
A.
 
Decaimento radioativo
Os tipos de decaimento são 
caracterizados pelos 
produtos do decaimento. São 
classificados 3 tipos:
 decaimento alpha = decai 
em núcleos de 4He
 decaimento beta = decai 
em elétrons ou pósitrons
 decaimento gama = decai 
em fóton muito energéticos
A maioria dos núcleos 
conhecidos não são 
estáveis e decaem 
espontaneamente. 
Um exemplo é o 
Urânio.
 
Decaimento Alfa
O decaimento 
Alfa consiste no 
núcleo emitir 
uma partícula 
Alfa (4He)
 
Decaimento Beta
O decaimento 
Beta consiste 
no núcleo 
emitir um 
elétron.
 
Decaimento gama
O decaimento gama consiste de uma 
mudança de níveis que o nucleon sofre 
dentro do núcleo e produz uma radiação 
de energia alta, considerada como raio 
gama.
 
Decaimento radioativo
Vemos 
como ocorre 
o 
decaimento 
do tório
 
Reações nucleares
Para obter informações dos núcleos, 
fazemos colisões nucleares com prótons. 
 
Reações nucleares
Como resultado de colidir um próton com 
um núcleo podemos ter dois processos:
 exotérmico – perde energia em forma de 
calor para o meio
endotérmico – absorve energia do meio
 
Reações nucleares
Como um exemplo, temos a reação do 
próton com lítio.
 
Fissão nuclear
Ativados pela colisão com 
neutrons, núcleos muito 
pesados, Z>92, estão 
sujeitos à fissão 
espontânea e se dividem 
em dois núcleos como uma 
gota que não suporta seu 
próprio tamanho. A força 
de repulssão coulombiana 
provoca a separação dos 
fragmentos liberando 
energia.
 
Reação em cadeia da fissão
Na fissão do 235U após 
colidir com um neutron 
temos uma reação em 
cadeia com os demais 
235U. 
 
Reator nuclear
Funcionamento de um reator.
 
Fusão nuclear
Durante a fusão, dois núcleos leves 
fundem-se para formar um núcleo mais 
pesado. O processo é exotérmico.
 
Reator nuclear defusão
Em teoria seria 
possível um reator 
nuclear de fusão, 
porém a energia 
necessária é muito 
grande e não há 
tecnologia para tal. O 
caminho mais 
promissor é usar 
plasma.
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