O modelo quântico e as partículas subatômicas
Se você pudesse fotografar um elétron enquanto ele se move ao redor do núcleo, ele nunca apareceria duas vezes no mesmo lugar. Não é a câmera que é ruim: o elétron não segue uma órbita como um planeta, embora o modelo de Bohr o desenhasse assim. O modelo quântico troca a ideia de "órbita" por outra mais estranha e, ao mesmo tempo, muito mais precisa. Ele traz também o vocabulário de números quânticos e subníveis, necessário para escrever a configuração eletrônica de qualquer átomo.
Do "degrau" de Bohr à "nuvem" quântica
Quando os físicos mediram com precisão os espectros de emissão de átomos com vários elétrons, encontraram desdobramentos de linhas que as órbitas circulares fixas de Bohr não explicavam. Como os elétrons realmente se distribuem ao redor do núcleo, se não seguem trajetórias fixas?
As partículas subatômicas e os quarks
Um próton ou um nêutron pesa cerca de 2000 vezes mais que um elétron. Por isso praticamente toda a massa do átomo está concentrada no núcleo, mesmo que ele ocupe uma parte minúscula do volume.
Indique a carga elétrica (positiva, negativa ou nula) e a localização no átomo (núcleo ou nuvem eletrônica) do próton, do nêutron e do elétron. Quais das três partículas…
Indique a carga elétrica (positiva, negativa ou nula) e a localização no átomo (núcleo ou nuvem eletrônica) do próton, do nêutron e do elétron. Quais das três partículas têm massa praticamente igual? Qual é cerca de $2000$ vezes mais leve do que as outras duas?
Número atômico, número de massa e isótopos
As usinas nucleares utilizam como combustível o urânio-235, enquanto o urânio mais abundante na natureza é o urânio-238; ambos têm número atômico $Z = 92$. A figura…
As usinas nucleares utilizam como combustível o urânio-235, enquanto o urânio mais abundante na natureza é o urânio-238; ambos têm número atômico $Z = 92$. A figura representa os dois núcleos.
- a) Explique o que são isótopos de um elemento.
- b) Calcule quantos nêutrons há no núcleo de cada um destes dois isótopos do urânio.
O iodo é um oligoelemento essencial que se adiciona ao sal de cozinha; o seu isótopo mais comum possui $Z = 53$ e $A = 127$. a) Calcule o número de prótons, nêutrons e…
O iodo é um oligoelemento essencial que se adiciona ao sal de cozinha; o seu isótopo mais comum possui $Z = 53$ e $A = 127$.
- a) Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons de um átomo neutro de iodo.
- b) Escreva o seu símbolo na notação ${}^{A}_{Z}\text{X}$.
Íons
Se você dissolver uma colher de sal de cozinha em água pura, o líquido passa a conduzir corrente elétrica e acende uma lâmpada, o que nem a água pura nem o açúcar conseguem. Que partículas com carga elétrica surgem na solução quando os cristais neutros de sal se desfazem?
Em radioterapia contra o câncer utiliza-se o cobalto-60, uma fonte radioativa com $Z = 27$. a) Escreva o símbolo do cobalto-60 com a notação ${}^{A}{Z}\text{X}$. b)…
Em radioterapia contra o câncer utiliza-se o cobalto-60, uma fonte radioativa com $Z = 27$.
- a) Escreva o símbolo do cobalto-60 com a notação ${}^{A}_{Z}\text{X}$.
- b) Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons, considerando o átomo neutro.
- c) Que diferença existe entre o cobalto-60 e o cobalto-59, o isótopo estável do mesmo elemento?
Calcule os prótons, nêutrons e elétrons de cada uma destas espécies e responda depois: a) ${}^{40}{20}\text{Ca}^{2+}$ b) ${}^{37}{17}\text{Cl}^{-}$ c)…
Calcule os prótons, nêutrons e elétrons de cada uma destas espécies e responda depois:
- a) ${}^{40}_{20}\text{Ca}^{2+}$
- b) ${}^{37}_{17}\text{Cl}^{-}$
- c) ${}^{35}_{17}\text{Cl}$
- d) Quais delas são isótopos entre si? Por quê?
- e) Quais têm o mesmo número de elétrons?
Configuração eletrônica
O hélio ($Z=2$), o neônio ($Z=10$) e o argônio ($Z=18$) são gases muito estáveis, que quase não reagem com nada, enquanto o lítio ($Z=3$) e o sódio ($Z=11$) reagem violentamente em contato com a água. Por que átomos com números diferentes de elétrons repetem, periodicamente, as mesmas propriedades químicas?
Desafio do tema. Como sabemos o que existe dentro da matéria se não conseguimos ver um átomo? Investigue a escala atômica e a transição do modelo de Thomson para o…
Desafio do tema. Como sabemos o que existe dentro da matéria se não conseguimos ver um átomo? Investigue a escala atômica e a transição do modelo de Thomson para o quântico por meio de um experimento caseiro.
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Medição experimental: Corte 5 quadrados de folha de alumínio de lados crescentes ($L = 5,0\text{ cm}$; $8,0\text{ cm}$; $10,0\text{ cm}$; $12,0\text{ cm}$; $15,0\text{ cm}$), com incerteza de $\pm 0,1\text{ cm}$. Meça a massa de cada um em uma balança de precisão ($\pm 0,01\text{ g}$).
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Tratamento de dados: Construa uma tabela com área ($A = L^2$), massa ($m$) e incertezas associadas. Represente o gráfico de $m$ em função de $A$. A partir do coeficiente angular e da densidade do alumínio ($2,70\text{ g/cm}^3$), calcule a espessura da folha e estime quantos átomos empilhados ela contém ($d \approx 0,28\text{ nm}$).
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Proposta fundamentada: Redija um relatório breve: explique por que as partículas $\alpha$ de Rutherford atravessavam quase todas folhas semelhantes com desvios mínimos enquanto algumas sofriam grandes desvios ou ressaltavam, e por que razão estes grandes desvios refutaram o modelo de Thomson, e justifique como o modelo quântico atual descreve esse volume atômico por meio de orbitais e probabilidade eletrônica.
Será valorizado:
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Rigor na coleta de medições, tabela com incertezas e gráfico linear.
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Correção no cálculo da espessura e na estimativa de camadas atômicas.
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Coerência científica ao contrastar os modelos clássicos e o modelo quântico.
Volte ao início: se você sobrepusesse milhares dessas fotos instantâneas do elétron, não veria uma linha de órbita fechada, e sim uma nuvem tridimensional, mais densa onde a probabilidade de encontrá-lo é maior. É exatamente isso que chamamos de orbital.