Natureza At+¦mica da Mat+®ria

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Cursos: Engenharia Civil/Mecânica/ Petróleo/ Produção 
Disciplina: CCEO291 – Princípios da Ciência e Tecnologia dos Materiais 
Docente: Helenita Dias 
 
A NATUREZA ATÔMICA DA MATÉRIA 
 
• A Hipótese Atômica 
• Características dos Átomos 
• A Estrutura Atômica 
• A Tabela Periódica dos Elementos 
• Compostos e Misturas 
• Moléculas 
 
(1) A Hipótese Atômica 
 
A idéia de que a matéria é composta de átomos remonta aos gregos do século V a.C. Os 
investigadores da natureza de então se preocupavam em descobrir se a matéria era contínua ou não. 
Podemos quebrar uma rocha em pedaços, e os pedaços em cascalho fino. Este ainda pode ser moído até 
virar areia fina, que pode então ser transformada em pó. Para os gregos do século V a.C., havia um 
pedaço de rocha mínimo, um “átomo”, que não poderia ser dividido em mais nada. 
 
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Aristóteles, o mais conhecido dos antigos filósofos gregos, discordava da idéia de átomos. No século 
IV a.C., ele ensinava que toda matéria é formada por diferentes combinações de quatro elementos – 
terra, ar, fogo e água. Essa concepção parecia razoável, pois no mundo que nos cerca, a matéria é vista 
em apenas quatro formas: sólida (terra), gasosa (ar), líquida (água) ou no estado de labareda (fogo). Os 
gregos viam o fogo como o elemento da mudança, pois observavam o fogo promover transformações nas 
substancias que eram queimadas. As idéias de Aristóteles acerca da matéria persistiram por mais de 
2.000 anos. 
A concepção atômica foi ressuscitada no inicio dos anos 1800 por um meteorologista inglês e 
professor escolar John Dalton. Ele explicou com sucesso a natureza das reações químicas supondo que 
toda matéria fosse formada de átomos. Mas ele e outros da época não dispunham de evidencia 
convincente da realidade dos átomos. Então, em 1827, um botânico escocês, Robert Brown, notou algo 
muito estranho no seu microscópio. Ele estava analisando grãos de pólen em suspensão na água e viu 
que os grãos moviam-se e saltavam sem parar. Esse perpétuo movimento aleatório e irregular das 
partículas, atualmente conhecido como Movimento Browniano, é o resultado visível das colisões entre 
as partículas visíveis com os átomos invisíveis. Os átomos são invisíveis porque são pequenos demais. 
 
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Embora Brown não pudesse enxergar os átomos, podia ver o efeito que eles tinham sobre as 
partículas que ele podia enxergar. O Movimento Browniano foi explicado por Albert Einstein em 1905, no 
mesmo ano em que ele anunciou sua Teoria Espacial da Relatividade. Até a época da explicação de 
Einstein – que tornou possível a obtenção das massas atômicas – muitos cientistas proeminentes 
mantinham-se céticos quanto aos átomos. Portanto, vemos que a realidade dos átomos não foi 
estabelecida até os primeiros anos do século XX. 
 
(2) Características dos Átomos 
2.1 - Os Átomos são incrivelmente pequenos. Um átomo é tantas vezes menor do que você quanto uma 
estrela média é maior do que você. Uma maneira adequada de expressar este fato é dizer que estamos 
situados entre os átomos e as estrelas. Outra maneira de enunciar a pequenez dos átomos é dizer: o 
diâmetro de um átomo está para o diâmetro de uma maçã assim como o diâmetro de uma maçã está 
para o diâmetro da terra. Portanto, para conceber uma maçã cheia de átomos, pense na terra com seu 
interior completamente preenchido com maçãs. O número de átomos na maçã e de maçãs dentro da 
terra são de mesma ordem de grandeza. 
 
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2.2 - Os Átomos são numerosos. Existem cerca de 100.000.000.000.000.000.000.000 átomos em um 
grama de água (cerca de um dedal de costura cheio d’água). Em notação científica, isso é igual a 1023 
átomos. Esse é um número enorme, maior do que o número de gotas de água em todos os lagos e rios do 
mundo. Logo, existem mais átomos num dedal cheio d’água do que gotas de água nos lagos e rios do 
mundo todo. Na atmosfera, existem cerca de 1022 átomos por litros de ar. Curiosamente, o volume da 
atmosfera contém aproximadamente 1022 litros de ar. Trata-se de um número incrivelmente grande de 
átomos, e também de litros de ar da atmosfera. Os átomos são tão pequenos e tão numerosos que há 
aproximadamente tantos átomos no ar em seus pulmões, em qualquer instante, quanto o número de 
respiradas de ar da atmosfera terrestre. 
 
2.3 – Os átomos estão em perpétuo movimento. Nos sólidos, eles vibram em torno de um lugar; nos 
líquidos, eles migram de um lugar para outro; e nos gases, essa taxa de migração é ainda maior. Gotas de 
leite colorindo de branco um copo de água, por exemplo, logo se espalham pela água inteira do copo. O 
mesmo ocorreria se o leite de um copo cheio fosse atirado no oceano: ele se espalharia ao redor e, mais 
tarde, poderia ser encontrado em qualquer parte dos oceanos do mundo. 
 
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Os átomos e as moléculas da atmosfera deslocam-se velozmente de um lado para o outro com 
velocidade até 10 vezes maiores do que a rapidez do som no ar. Elas se espalham rapidamente, de modo 
que algumas moléculas de oxigênio que respiramos neste momento podem ter estado no meio do 
continente alguns dias atrás. Os átomos do ar que exalamos em algumas respiradas prontamente se 
misturam com outros átomos da atmosfera. Em alguns poucos anos, quando nossa respiração se misturar 
uniformemente à atmosfera, qualquer um que inale ar, em qualquer lugar da terra, inalará em média um 
daqueles átomos que exalamos ao respirar. Mas aspiramos muitas e muitas vezes, de modo que outras 
pessoas inalam muitos e muitos átomos que estiveram alguma vez em nossos pulmões – que uma vez fez 
parte de nós. Em cada respiração, aspiramos átomos que já fizeram parte de alguém que já viveu. 
Considerando que os átomos exalados são partes de nossos corpos, podemos genuinamente dizer 
que estamos respirando uns aos outros. 
 
2.4 – Os átomos não têm idade. Muitos dos átomos de nosso corpo são tão antigos quanto o próprio 
universo. Quando respiramos, por exemplo, apenas alguns átomos que inala são exalados na expiração. 
Os átomos remanescentes ficam no nosso corpo e tornam-se parte de nós, e mais tarde deixam o corpo 
 
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de diferentes maneiras. Nós não somos o proprietário dos átomos que formam nossos corpos. Todos 
compartilhamos os mesmos átomos, enquanto eles migram eternamente ao nosso redor, para dentro de 
nós e entre nós. Os átomos circulam entre as pessoas quando respiram e quando o suor evapora. 
Constantemente reciclamos os átomos em grande escala. 
A origem dos átomos mais leves remonta á origem do universo, e a maior parte dos átomos mais 
pesados é mais antiga que o sol e a terra. Há, em nosso corpo, átomos que existem desde os primeiros 
instantes do tempo, reciclando-se através do universo entre inúmeras formas, vivas ou inanimadas. 
 
(3) Estrutura Atômica 
Aproximadamente toda a massa de um átomo encontra-se concentrada no núcleo atômico, que 
ocupa apenas uns poucos quatrilionésimos do volume total. O núcleo, portanto, é extremamente denso. 
Se núcleos atômicos “nus” fossem empacotados uns contra os outros em um pedaço arredondado com 1 
cm de diâmetro (aproximadamente o tamanho de uma ervilha grande), tal aglomerado pesaria o 
equivalente a 133.000.000 de toneladas! Enormes forças elétricas repulsivas impedem um 
empacotamento de núcleos atômico, porque cada um deles possui carga elétrica e repele os demais. 
 
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Somente sob circunstâncias especiais os núcleos de dois ou mais átomos podem ser comprimidos e 
postos em contato. Isso pode ser alcançado em um laboratório quando núcleos são atirados contra um 
alvo, ou quando a matéria é aquecida a milhões de graus. Dessa temperatura tão alta resulta uma reação 
nuclear que chamamos de reação de fusão termonuclear. Essas reações ocorrem no centro das estrelas 
e é a causa primordial de seu brilho. 
O principal bloco constituinte dos núcleos é o núcleon, que, por sua vez, é constituído por partículas 
elementaresdenominadas quarks. Quando um núcleon está em um estado eletricamente neutro, ele é 
um nêutron; e quando se encontra em um estado positivamente carregado, é um próton. Todos os 
prótons são idênticos; são, todos, cópias perfeitas uns dos outros. O mesmo acontece com os nêutrons: 
cada nêutron é igual a qualquer outro. Os núcleos mais leves possuem aproximadamente o mesmo 
número de prótons e de nêutrons; e quanto mais pesado for o núcleo, mais nêutrons ele possui em 
relação aos prótons. Os prótons possuem carga elétrica positiva que repele outras cargas positivas, mas 
atraem as negativas. Assim como cargas de mesmo sinal se repelem, cargas de sinais contrários se 
atraem. São os prótons positivos do núcleo que atraem a “nuvem” de elétrons negativamente 
carregados circundante, de modo a formar um átomo. 
 
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Uma vez que não podemos ver o interior dos átomos, construímos modelos. Um modelo inicial do 
átomo (e um dos mais familiares) é parecido com o sistema solar. Como no caso do sistema solar, a maior 
parte do volume de um átomo é espaço vazio. No centro, encontra-se um núcleo muito pequeno e muito 
denso onde se concentra a maior parte da massa. Circundando o núcleo, existem “camadas” de 
partículas orbitantes. São os elétrons, unidades básicas de matéria negativamente carregadas. Embora os 
elétrons se repilam eletricamente, eles são atraídos simultaneamente pelo núcleo, que possui uma carga 
positiva. Quando o tamanho e a carga do núcleo aumentam, os elétrons são puxados para mais perto, e 
as camadas tornam-se menores. Este modelo foi proposto pela primeira vez no inicio do século XX, e 
reflete uma compreensão mais simplificada do átomo. 
 
 
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3.1 – Os elementos. Quando uma substancia é composta por um tipo de átomo apenas, é denominada 
de elemento. Os elementos são formados de átomos. Por exemplo, um anel de ouro puro de 24 quilates, 
é formado apenas por átomos de ouro. Um anel de ouro de menos quilates é composto por ouro e 
outros elementos. Um átomo de um elemento particular é a menor amostra daquele elemento. 
Elemento se refere a um tipo de substancia (uma que seja formada por um tipo apenas de átomo), 
enquanto átomo se refere às partículas individuais que constituem aquela substancia. Por exemplo, 
falamos em isolar um átomo de mercúrio a partir de uma amostra do elemento mercúrio. 
Qualquer elemento consiste em somente um tipo de átomo. O ouro é formado por átomos de ouro 
apenas; o nitrogênio gasoso consiste somente em átomos de nitrogênio, e o carbono de um lápis é 
composto apenas por átomos de carbono. 
O mais leve dos átomos é o de hidrogênio. No universo em grandes escalas, o hidrogênio é o mais 
abundante dos elementos (mais de 90% dos átomos são de hidrogênio). O hélio, o segundo elemento 
mais leve, constitui a maior parte do restante dos átomos do universo. Átomos mais pesados em nossa 
vizinhança foram formados por fusão de elementos leves nas fornalhas quentes e densas no interior das 
estrelas. Os elementos mais pesados formaram-se quando estrelas enormes implodem e depois 
 
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explodem - as supernovas. Aproximadamente todos os elementos da terra são remanescentes de 
estrelas que explodiram muito tempo antes da formação do sistema solar. 
Até esta data, mais de 115 elementos foram identificados. Destes, cerca de 90 ocorrem na 
natureza. Os outros são produzidos em laboratório por meio de aceleradores atômicos de alta energia e 
em reatores nucleares. Esses elementos produzidos em laboratório são muito instáveis (radioativos) para 
que ocorram naturalmente em quantidades apreciáveis. A partir dessa despensa contendo menos de 100 
elementos, temos os átomos que constituem quase todas as substâncias, sejam elas simples ou 
complexas, vivas ou não, do universo conhecido. Mais de 99% do material da terra é formado por apenas 
uma dúzia de elementos. Os outros elementos são relativamente raros. Os seres vivos são compostos 
principalmente por cinco elementos: oxigênio (O), carbono (C ), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e cálcio 
(Ca). 
 
(4) A Tabela Periódica dos Elementos 
Os elementos são classificados pelo número de prótons em seus núcleos – seu número atômico. O 
hidrogênio, contendo um próton por átomo, tem número atômico 1; o hélio, com dois prótons por 
 
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átomo, tem número atômico 2, e assim por diante, até chegar ao elemento mais pesado que ocorre na 
natureza, o urânio, com número atômico 92. O arranjo de elementos por seus números atômicos 
constitui a tabela periódica de elementos. 
A tabela periódica é uma carta que lista os átomos pelos seus números atômicos e pelos seus 
arranjos eletrônicos. Ela guarda alguma semelhança com um calendário com as semanas em linhas e os 
dias em coluna. Da esquerda para direita, cada elemento tem um próton e um nêutron a mais do que o 
elemento procedente. De cima para baixo, cada elemento tem uma camada a mais de elétrons dos que o 
elemento acima dele na tabela. As camadas mais internas são preenchidas até suas capacidades, e a 
camada mais externa pode ou não estar cheia, dependendo de qual elemento se trata. Apenas os 
elementos situados na extremidade direita da tabela possuem, onde em um calendário se situam os 
sábados, suas camadas mais externas preenchidas até sua capacidade. Esses elementos são os gases 
nobres – hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio e radônio. A tabela periódica é o mapa rodoviário da 
química. 
Os elementos podem possuir até sete camadas, e cada uma delas pode conter um número máximo 
de elétrons. A primeira e a mais interna das camadas tem capacidade para dois elétrons, e a segunda, 
 
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para oito elétrons. O arranjo dos elétrons nas camadas determina propriedades como as temperaturas 
de fusão e de congelamento, a condutividade elétrica, o sabor, a textura, a aparência e a cor das 
substâncias. O arranjo dos elétrons quase que literalmente dá vida e cor ao mundo. Os modelo atômicos 
evoluem conforme são feitas novas descobertas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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(5) Compostos e Misturas 
Quando átomos de elementos diferentes se ligam uns aos outros, eles formam um composto. 
Exemplos de compostos simples incluem a água, a amônia e o metano. Um composto é diferente à sua 
própria maneira dos elementos dos quais é feito, e somente pode ser separado em seus constituintes por 
meios químicos. O sódio, por exemplo, é um metal que reage violentamente em relação a água. O cloro é 
um gás venenoso esverdeado. Já o composto desses dois elementos é um cristal inofensivo branco 
(NaCl), o sal de cozinha. Consideremos também que, em temperaturas ordinárias, os elementos 
hidrogênio e oxigênio são ambos gasosos. Quando se combinam, eles formam o composto água (H2O), 
que é um liquido. 
 
 
 
 
 
 
 
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Nem todas as substancias reagem quimicamente umas com as outras quando colocadas juntas. 
Substancias que, ao serem misturadas, não se combinam quimicamente são chamadas de misturas. Areia 
e sal combinados formam uma mistura. Uma mistura comum da qual todos dependemos é a do 
nitrogênio com o oxigênio, juntos com um pouco de argônio e pequenas quantidades de dióxido de 
carbono e de outros gases. É o ar que respiramos. 
 
O sal de cozinha (NaCl) é um composto cristalino que não é formado por moléculas. Os átomos 
de sódio e de cloro dispõem-se formando um cristal. 
 
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(6) Moléculas 
Uma molécula consiste em dois ou mais átomos mantidos juntos pelo compartilhamento de 
elétrons. Uma molécula pode ser tão simples como a combinação de dois átomos de oxigênio (O2) ou de 
nitrogênio (N2), os quais formam a maior parte do ar que respiramos. Dois átomos de hidrogênio se 
combinam com um único átomo de oxigênio para produzir uma molécula de água (H2O). Substituir um 
átomo em uma molécula pode fazer uma diferença enorme. Substituindo, por exemplo, o átomo de 
oxigêniopor um átomo de fósforo, o resultado é o sulfeto de hidrogênio (H2S), um gás tóxico de cheiro 
forte. 
 
 
A energia é necessária para romper as moléculas. Podemos compreender isso considerando a analogia 
com um par de imãs unidos pela atração magnética. Durante a fotossíntese, as plantas usam a energia da luz 
 
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solar para quebrar as ligações do dióxido de carbono atmosférico e da água para produzir oxigênio gasosos e 
moléculas de carboidratos. Mais coisas podem queimar além daquelas que contêm carbono e hidrogênio. O ferro 
também “queima” (oxida). Isso é o processo de enferrujamento – a lenta combinação dos átomos de oxigênio com 
os do ferro, liberando energia.