Aula de Estrutura e Propriedades Atômicas I

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UFF

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Matheus Tavares Martins

17/04/2018

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Prof. Antonio Guerra Instituto de Química-UFRJ 
ESTRUTURA E 
PROPRIEDADES ATÔMICAS 
 
I- Partículas Subatômicas 
e Elementares 
Química Inorgânica I – IQG354 
Departamento de Química Inorgânica - DQI 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO – UFRJ 
INSTITUTO DE QUÍMICA – IQ 
Prof. Antonio Guerra Instituto de Química-UFRJ 
O GRANDE COLISOR DE HÁDRONS 
 LHC – “Large Hadron Collider” 
2 
http://cdsweb.cern.ch/. 
• 27 Km de extensão 
• 100 m de profundidade 
• 7 TeV 
 1TeV = 1012eV 
 1eV = 1,6x1016J 
 1TeV = 1,6x107J 
• Objetivos: 
 Reproduzir o Big Bang 
 Comprovar o Modelo Padrão 
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O MODELO PADRÃO 
 Modelo criado para explicar o funcionamento dos mundo 
microscópico, através das partículas fundamentais ou elementares. 
 A matéria ordinária é composta por quarks, léptons e bósons. 
 4% matéria ordinária + 23% matéria escura + 73% energia escura. 
 Três das quatro interações fundamentais: 
 Eletromagnética: processos químicos e biológicos; 
 Fraca: processos radioativos e decaimento nuclear; 
 Forte: estabilidade nuclear pela interação dos quarks; 
 Gravitacional: age sobre os corpos em função das massas. 
 Bóson de Higgs  partícula responsável pela quebra espontânea da 
simetria no Universo 
3 
Wagner F. Balthazer, Alexandre L. Oliveira, Partículas Elementares no Ensino Médio. Uma Abordagem a 
partir do LHC. Coleção CBPF – Tópicos de Física, vol.6. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2010. 73p. 
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AS PARTÍCULAS ELEMENTARES 
 São 61 partículas: 36 quarks + 8 glúons + 12 léptons + 4 bósons + 1 
bóson de Higgs. 
 os bósons são mediadores das interações, com spin 1 e não obedecem 
ao princípio da Exclusão de Pauli. 
4 http://www.particleadventure.org/index.html 
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FORMANDO O ÁTOMO 
5 
• d (down) = –1/3e 
• u (up) = +2/3e 
• s (strange) = -1/3e 
• c (charm) = +2/3e 
• b (bottom) = -1/3e 
• t (top) = +2/3e 
Próton = 2 quarks up [2x(+2/3)e] 
e 1 quark down [1x (-1/3)e] = +e 
Neutron = 1 quark up [1x(+2/3)e] 
e 2 quarks down [2x (-1/3)e] = 0 
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O ÁTOMO EM ESCALA 
6 
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A NATUREZA ELÉTRICA DA MATÉRIA 
7 
 Nicholson e Carliste (1800) – eletrólise da água 
2H2O 2H2(g) + O2(g) 
I 
 Michael Faraday (1832) – eletrólise 
Q(C) = I(C/s).t(s) 
1F = 95480 C 
1 mol X = n mol e = nF m = 
M.I.t 
n.95480 
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CARACTERIZANDO AS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS 
8 
 Elétrons (Joseph John Thomson, 1897) – Raios Catódicos 
 Massa e Carga (Robert Andrews Millikan, 1910) 
e/m = –1,76x108 C/g 
e = –1,602176x1019 C 
m = 9,109383x1028 g 
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CARACTERIZANDO AS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS 
9 
 Cátions (Ernest Goldenstein , 1886) – Raios Canais 
 Radioatividade e Prótons (Henri Becquerel, 1896; Marie e Pierre Curie, 1898, Ernest 
Rutherford, 1911) 
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CARACTERIZANDO AS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS 
10 
 Nêutrons (James Chadwick, 1932) 
 Átomo de Rutherford (Ernest Rutherford, 1911) 
Thomson 
 
 Rutherford 
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CARACTERIZANDO AS PARTÍCULAS SUBATÔMICAS 
11 
 Partículas Subatômicas 
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ESTRUTURA ELETRÔNICA DA MATÉRIA 
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 Núcleo x Eletrosfera 
A = Número de massa (prótons + nêutrons) 
Z = Número atômico (prótons) 
XAZ
A
Z X
OU 
ENúcleo > 7,5 MeV 
238 234 4
92 90 2U Th + α
Urânio Tório 
Atração elétron(-) núcleo(+) 
Acoplamento spin-órbita (J) 
Repulsão eletrostática 
Sobre a Energia dos Elétrons 
0 > Eelétrons > 100 KeV 
M  M* ou M+ + e 
1eV = 1,6x1016J 
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ESTABILIDADE NUCLEAR 
13 
 Razão Nêutron/Próton: 
O próton tem massa e carga altas  grande 
repulsão próton-próton. 
Com o aumento do número atômico (Z) a 
repulsão próton-próton aumenta. 
Todos os núcleos estáveis contém ao menos um 
nêutron (exceção 1H
1). 
O nêutron tem a função de minimizar a repulsão 
entre os prótons. 
A relação nêutron:próton aumenta com o 
aumento do número atômico (Z). 
Núcleos com Z > 83 (Bismuto) são instáveis. 
Núcleos com Z < 20 apresentam relação 
nêutron:próton  1. 
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DECAIMENTO NUCLEAR 
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 Séries Radioativas: 
Z=82 
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A TABELA PERIÓDICA 
15 http://www.tabelaperiodica.org/wp-content/uploads/2009/09/IUPAC-tabela-periodica-ingles-21Jan11.pdf