Átomo

Da Wikipédia, a enciclopédia livre
Ir para navegação Pular para pesquisar

Átomo
Estado fundamental do átomo de hélio.
Uma ilustração do átomo de hélio , representando o núcleo (rosa) e a distribuição da nuvem de elétrons (preto). O núcleo (canto superior direito) do hélio-4 é na realidade esfericamente simétrico e se assemelha muito à nuvem de elétrons, embora para núcleos mais complicados isso nem sempre seja o caso. A barra preta é um angstrom (10 −10  m ou100  pm ).
Classificação
Menor divisão reconhecida de um elemento químico
Propriedades
Gama de massa1,67 × 10 −27 a4,52 × 10 −25  kg
Carga elétricazero (neutro) ou carga iônica
Faixa de diâmetro62 pm ( He ) a 520 pm ( Cs ) ( página de dados )
ComponentesElétrons e um núcleo compacto de prótons e nêutrons

Um átomo é a menor unidade de matéria comum que forma um elemento químico . Todo sólido , líquido , gás e plasma é composto de átomos neutros ou ionizados . Os átomos são extremamente pequenos, normalmente em torno de 100  picômetros de diâmetro. Eles são tão pequenos que prever com precisão seu comportamento usando a física clássica - como se fossem bolas de tênis , por exemplo - não é possível devido aos efeitos quânticos .

Cada átomo é composto de um núcleo e um ou mais elétrons ligados ao núcleo. O núcleo é feito de um ou mais prótons e vários nêutrons . Apenas a variedade mais comum de hidrogênio não possui nêutrons. Mais de 99,94% da massa de um átomo está no núcleo. Os prótons têm carga elétrica positiva , os elétrons têm carga elétrica negativa e os nêutrons não têm carga elétrica. Se o número de prótons e elétrons for igual, o átomo é eletricamente neutro. Se um átomo tem mais ou menos elétrons do que prótons, então ele tem uma carga geral negativa ou positiva, respectivamente - esses átomos são chamados deíons .

Os elétrons de um átomo são atraídos para os prótons em um núcleo atômico pela força eletromagnética . Os prótons e nêutrons no núcleo são atraídos um pelo outro pela força nuclear . Essa força geralmente é mais forte do que a força eletromagnética que repele os prótons carregados positivamente uns dos outros. Sob certas circunstâncias, a força eletromagnética de repulsão torna-se mais forte do que a força nuclear. Nesse caso, o núcleo se divide e deixa para trás diferentes elementos . Esta é uma forma de decadência nuclear .

O número de prótons no núcleo é o número atômico e define a qual elemento químico o átomo pertence. Por exemplo, qualquer átomo que contém 29 prótons é cobre . O número de nêutrons define o isótopo do elemento. Os átomos podem se ligar a um ou mais outros átomos por ligações químicas para formar compostos químicos , como moléculas ou cristais . A capacidade dos átomos de se associarem e dissociarem é responsável pela maioria das mudanças físicas observadas na natureza. Química é a disciplina que estuda essas mudanças.

História da teoria atômica

Em filosofia

A ideia básica de que a matéria é composta de minúsculas partículas indivisíveis é muito antiga, aparecendo em muitas culturas antigas, como a Grécia e a Índia . A palavra átomo é derivada da antiga palavra grega atomos , que significa "imutável". Essa ideia antiga baseava-se no raciocínio filosófico ao invés do raciocínio científico, e a teoria atômica moderna não se baseia nesses conceitos antigos. Dito isso, a própria palavra "átomo" foi usada ao longo dos tempos por pensadores que suspeitavam que a matéria era, em última análise, de natureza granular. [1] [2]

Lei de Dalton de múltiplas proporções

Átomos e moléculas conforme descritos em A New System of Chemical Philosophy, de John Dalton , vol. 1 (1808)

No início de 1800, o químico inglês John Dalton compilou dados experimentais coletados por ele e outros cientistas e descobriu um padrão agora conhecido como a " lei das proporções múltiplas ". Ele notou que em compostos químicos que contêm um elemento químico específico, o conteúdo desse elemento nesses compostos será diferente por proporções de pequenos números inteiros. Esse padrão sugeriu a Dalton que cada elemento químico se combinava com outros por alguma unidade de massa básica e consistente.

Por exemplo, existem dois tipos de óxido de estanho : um é um pó preto com 88,1% de estanho e 11,9% de oxigênio e o outro é um pó branco com 78,7% de estanho e 21,3% de oxigênio. Ajustando esses números, no óxido preto há cerca de 13,5 g de oxigênio para cada 100 g de estanho, e no óxido branco há cerca de 27 g de oxigênio para cada 100 g de estanho. 13,5 e 27 formam uma proporção de 1: 2. Nestes óxidos, para cada átomo de estanho há um ou dois átomos de oxigênio, respectivamente ( SnO e SnO 2 ). [3] [4]

Como um segundo exemplo, Dalton considerou dois óxidos de ferro : um pó preto que é 78,1% ferro e 21,9% oxigênio, e um pó vermelho que é 70,4% ferro e 29,6% oxigênio. Ajustando esses números, no óxido preto há cerca de 28 g de oxigênio para cada 100 g de ferro, e no óxido vermelho há cerca de 42 g de oxigênio para cada 100 g de ferro. 28 e 42 formam uma proporção de 2: 3. Nestes respectivos óxidos, para cada dois átomos de ferro, existem dois ou três átomos de oxigênio ( Fe 2 O 2 e Fe 2 O 3 ). [a] [5] [6]

Como um exemplo final: óxido nitroso é 63,3% nitrogênio e 36,7% oxigênio, óxido nítrico é 44,05% nitrogênio e 55,95% oxigênio e dióxido de nitrogênio é 29,5% nitrogênio e 70,5% oxigênio. Ajustando esses números, no óxido nitroso há 80 g de oxigênio para cada 140 g de nitrogênio, no óxido nítrico há cerca de 160 g de oxigênio para cada 140 g de nitrogênio e no dióxido de nitrogênio há 320 g de oxigênio para cada 140 g de nitrogênio. 80, 160 e 320 formam uma proporção de 1: 2: 4. As respectivas fórmulas para esses óxidos são N 2 O , NO e NO 2 . [7] [8]

Teoria cinética dos gases

No final do século 18, vários cientistas descobriram que poderiam explicar melhor o comportamento dos gases, descrevendo-os como coleções de partículas submicroscópicas e modelando seu comportamento usando estatísticas e probabilidade . Ao contrário da teoria atômica de Dalton, a teoria cinética dos gases descreve não como os gases reagem quimicamente entre si para formar compostos, mas como eles se comportam fisicamente: difusão, viscosidade, condutividade, pressão, etc.

movimento browniano

Em 1827, o botânico Robert Brown usou um microscópio para observar os grãos de poeira flutuando na água e descobriu que eles se moviam erraticamente, um fenômeno que ficou conhecido como " movimento browniano ". Acredita-se que isso seja causado por moléculas de água batendo nos grãos. Em 1905, Albert Einstein provou a realidade dessas moléculas e de seus movimentos, produzindo a primeira análise estatística do movimento browniano . [9] [10] [11] O físico francês Jean Perrin usou o trabalho de Einstein para determinar experimentalmente a massa e as dimensões das moléculas, fornecendo assim evidências físicas para a natureza das partículas da matéria.[12]

Descoberta do elétron

O experimento Geiger-Marsden :
Esquerda: Resultados esperados: partículas alfa passando pelo modelo de pudim de ameixa do átomo com deflexão desprezível.
À direita: Resultados observados: uma pequena porção das partículas foi desviada pela carga positiva concentrada do núcleo.

Em 1897, JJ Thomson descobriu que os raios catódicos não são ondas eletromagnéticas, mas feitos de partículas que são 1.800 vezes mais leves que o hidrogênio (o átomo mais leve). Thomson concluiu que essas partículas vieram dos átomos dentro do cátodo - eram partículas subatômicas . Ele chamou essas novas partículas de corpúsculos, mas elas foram renomeadas posteriormente como elétrons . Thomson também mostrou que os elétrons eram idênticos às partículas emitidas por materiais fotoelétricos e radioativos. [13] Foi rapidamente reconhecido que os elétrons são as partículas que transportam correntes elétricasem fios de metal. Thomson concluiu que esses elétrons emergiam dos próprios átomos do cátodo em seus instrumentos, o que significava que os átomos não são indivisíveis como o nome atomos sugere.

Descoberta do núcleo

JJ Thomson pensou que os elétrons carregados negativamente foram distribuídos por todo o átomo em um mar de carga positiva que foi distribuído por todo o volume do átomo. [14] Este modelo é às vezes conhecido como modelo do pudim de ameixa .

Ernest Rutherford e seus colegas Hans Geiger e Ernest Marsden começaram a ter dúvidas sobre o modelo de Thomson depois que encontraram dificuldades quando tentaram construir um instrumento para medir a razão carga-massa de partículas alfa (estas são partículas carregadas positivamente emitidas por certas substâncias radioativas, como rádio) As partículas alfa estavam sendo espalhadas pelo ar na câmara de detecção, o que tornava as medições pouco confiáveis. Thomson encontrou um problema semelhante em seu trabalho com raios catódicos, que ele resolveu criando um vácuo quase perfeito em seus instrumentos. Rutherford não achava que teria esse mesmo problema porque as partículas alfa são muito mais pesadas do que os elétrons. De acordo com o modelo do átomo de Thomson, a carga positiva no átomo não é concentrada o suficiente para produzir um campo elétrico forte o suficiente para desviar uma partícula alfa, e os elétrons são tão leves que deveriam ser afastados sem esforço pelas partículas alfa, muito mais pesadas. No entanto, havia dispersão, então Rutherford e seus colegas decidiram investigar essa dispersão com cuidado. [15]

Entre 1908 e 1913, Rutheford e seus colegas realizaram uma série de experimentos nos quais bombardearam finas folhas de metal com partículas alfa. Eles detectaram partículas alfa sendo desviadas por ângulos maiores que 90 °. Para explicar isso, Rutherford propôs que a carga positiva do átomo não é distribuída por todo o volume do átomo como Thomson acreditava, mas está concentrada em um minúsculo núcleo no centro. Apenas uma concentração tão intensa de carga poderia produzir um campo elétrico forte o suficiente para desviar as partículas alfa conforme observado. [15]

Descoberta de isótopos

Enquanto fazia experiências com os produtos da decadência radioativa , em 1913 o radioquímico Frederick Soddy descobriu que parecia haver mais de um tipo de átomo em cada posição na tabela periódica . [16] O termo isótopo foi cunhado por Margaret Todd como um nome adequado para diferentes átomos que pertencem ao mesmo elemento. JJ Thomson criou uma técnica para separação de isótopos por meio de seu trabalho com gases ionizados , que posteriormente levou à descoberta de isótopos estáveis . [17]

Modelo Bohr

O modelo de Bohr do átomo, com um elétron dando "saltos quânticos" instantâneos de uma órbita para outra com ganho ou perda de energia. Este modelo de elétrons em órbitas é obsoleto.

Em 1913, o físico Niels Bohr propôs um modelo no qual os elétrons de um átomo deveriam orbitar o núcleo, mas só poderiam fazê-lo em um conjunto finito de órbitas, e poderiam saltar entre essas órbitas apenas em mudanças discretas de energia correspondentes à absorção ou radiação de um fóton. [18] Esta quantização foi usada para explicar por que as órbitas dos elétrons são estáveis ​​(dado que normalmente, cargas em aceleração, incluindo movimento circular, perdem energia cinética que é emitida como radiação eletromagnética, ver radiação síncrotron ) e por que os elementos absorvem e emitem eletromagnético radiação em espectros discretos. [19]

Mais tarde, no mesmo ano, Henry Moseley forneceu evidências experimentais adicionais em favor da teoria de Niels Bohr . Esses resultados refinaram o modelo de Ernest Rutherford e Antonius van den Broek , que propunha que o átomo contém em seu núcleo um número de cargas nucleares positivas que é igual ao seu número (atômico) na tabela periódica. Até esses experimentos, o número atômico não era conhecido como uma quantidade física e experimental. Que seja igual à carga nuclear atômica continua sendo o modelo atômico aceito hoje. [20]

As ligações químicas entre os átomos foram explicadas por Gilbert Newton Lewis em 1916, como as interações entre seus elétrons constituintes. [21] Como as propriedades químicas dos elementos eram conhecidas por se repetir amplamente de acordo com a lei periódica , [22] em 1919 o químico americano Irving Langmuir sugeriu que isso poderia ser explicado se os elétrons em um átomo estivessem conectados ou agrupados em algum maneiras. Acredita-se que grupos de elétrons ocupem um conjunto de camadas de elétrons ao redor do núcleo. [23]

O modelo Bohr do átomo foi o primeiro modelo físico completo do átomo. Descreveu a estrutura geral do átomo, como os átomos se ligam uns aos outros e previu as linhas espectrais do hidrogênio. O modelo de Bohr não era perfeito e logo foi substituído pelo modelo mais preciso de Schrödinger, mas foi suficiente para dissipar quaisquer dúvidas remanescentes de que a matéria é composta de átomos. Para os químicos, a ideia do átomo tinha sido uma ferramenta heurística útil, mas os físicos tinham dúvidas se a matéria realmente é composta de átomos, pois ninguém ainda havia desenvolvido um modelo físico completo do átomo.

O modelo Schrödinger

O experimento Stern-Gerlach de 1922 forneceu mais evidências da natureza quântica das propriedades atômicas. Quando um feixe de átomos de prata passava por um campo magnético de formato especial, o feixe era dividido de uma forma correlacionada com a direção do momento angular de um átomo, ou spin . Como essa direção de giro é inicialmente aleatória, o feixe deveria desviar em uma direção aleatória. Em vez disso, o feixe foi dividido em dois componentes direcionais, correspondendo ao spin atômico sendo orientado para cima ou para baixo em relação ao campo magnético. [24]

Em 1925, Werner Heisenberg publicou a primeira formulação matemática consistente da mecânica quântica ( mecânica matricial ). [20] Um ano antes, Louis de Broglie havia proposto a hipótese de De Broglie : que todas as partículas se comportam como ondas até certo ponto, [25] e em 1926 Erwin Schrödinger usou essa ideia para desenvolver a equação de Schrödinger , um modelo matemático do átomo (mecânica de onda) que descreveu os elétrons como formas de onda tridimensionais em vez de partículas pontuais. [26]

Uma consequência do uso de formas de onda para descrever partículas é que é matematicamente impossível obter valores precisos tanto para a posição quanto para o momento de uma partícula em um determinado ponto no tempo; isto ficou conhecido como o princípio da incerteza , formulado por Werner Heisenberg em 1927. [20] Neste conceito, para uma dada precisão na medição de uma posição, só se poderia obter uma faixa de valores prováveis ​​para o momento, e vice-versa. [27] Este modelo foi capaz de explicar as observações do comportamento atômico que os modelos anteriores não podiam, como certos aspectos estruturais e espectraispadrões de átomos maiores que o hidrogênio. Assim, o modelo planetário do átomo foi descartado em favor de um que descreve zonas orbitais atômicas ao redor do núcleo onde um determinado elétron é mais provável de ser observado. [28] [29]

Descoberta do nêutron

O desenvolvimento do espectrômetro de massa permitiu que a massa dos átomos fosse medida com maior precisão. O dispositivo usa um ímã para dobrar a trajetória de um feixe de íons, e a quantidade de deflexão é determinada pela razão entre a massa de um átomo e sua carga. O químico Francis William Aston usou esse instrumento para mostrar que os isótopos tinham massas diferentes. A massa atômica desses isótopos variava em quantidades inteiras, chamada de regra dos números inteiros . [30] A explicação para esses diferentes isótopos aguardava a descoberta do nêutron , uma partícula sem carga com uma massa semelhante à do próton , pelo físico James Chadwickem 1932. Os isótopos foram então explicados como elementos com o mesmo número de prótons, mas diferentes números de nêutrons dentro do núcleo. [31]

Fissão, física de alta energia e matéria condensada

Em 1938, o químico alemão Otto Hahn , um estudante de Rutherford, direcionou nêutrons para átomos de urânio esperando obter elementos de transurânio . Em vez disso, seus experimentos químicos mostraram o bário como produto. [32] [33] Um ano depois, Lise Meitner e seu sobrinho Otto Frisch verificaram que o resultado de Hahn foi a primeira fissão nuclear experimental . [34] [35] Em 1944, Hahn recebeu o Prêmio Nobel de Química . Apesar dos esforços de Hahn, as contribuições de Meitner e Frisch não foram reconhecidas. [36]

Na década de 1950, o desenvolvimento de aceleradores e detectores de partículas aprimorados permitiu aos cientistas estudar os impactos dos átomos que se movem em altas energias. [37] Neutrons e prótons foram encontrados para ser hadrons , ou compostos de partículas menores chamadas quarks . O modelo padrão da física de partículas foi desenvolvido e, até agora, explicou com sucesso as propriedades do núcleo em termos dessas partículas subatômicas e das forças que governam suas interações. [38]

Estrutura

Partículas subatômicas

Embora a palavra átomo originalmente denotasse uma partícula que não pode ser cortada em partículas menores, no uso científico moderno o átomo é composto de várias partículas subatômicas . As partículas constituintes de um átomo são o elétron , o próton e o nêutron .

O elétron é de longe a menos massiva dessas partículas em 9,11 × 10 −31  kg , com carga elétrica negativa e tamanho muito pequeno para ser medido com as técnicas disponíveis. [39] Foi a partícula mais leve com uma massa de repouso positiva medida, até a descoberta da massa de neutrino . Em condições normais, os elétrons são ligados ao núcleo carregado positivamente pela atração criada a partir de cargas elétricas opostas. Se um átomo tem mais ou menos elétrons do que seu número atômico, então ele torna-se respectivamente carregado negativamente ou positivamente como um todo; um átomo carregado é chamado de íon . Os elétrons são conhecidos desde o final do século 19, principalmente graças a JJ Thomson ; Vejohistória da física subatômica para obter detalhes.

Os prótons têm carga positiva e massa 1.836 vezes a do elétron, em 1,6726 × 10 −27  kg . O número de prótons em um átomo é chamado de número atômico . Ernest Rutherford (1919) observou que o nitrogênio sob o bombardeio de partículas alfa ejeta o que parecia ser núcleos de hidrogênio. Em 1920, ele aceitou que o núcleo de hidrogênio é uma partícula distinta dentro do átomo e chamou-a de próton .

Os nêutrons não têm carga elétrica e têm uma massa livre de 1.839 vezes a massa do elétron, ou 1,6749 × 10 −27  kg . [40] [41] Os nêutrons são as mais pesadas das três partículas constituintes, mas sua massa pode ser reduzida pela energia de ligação nuclear . Nêutrons e prótons (conhecidos coletivamente como núcleons ) têm dimensões comparáveis ​​- da ordem de2,5 × 10 −15  m - embora a 'superfície' dessas partículas não seja claramente definida. [42] O nêutron foi descoberto em 1932 pelo físico inglês James Chadwick .

No modelo padrão da física, os elétrons são partículas verdadeiramente elementares sem estrutura interna, enquanto os prótons e nêutrons são partículas compostas de partículas elementares chamadas quarks . Existem dois tipos de quarks em átomos, cada um com uma carga elétrica fracionária. Os prótons são compostos por dois quarks up (cada um com carga +2/3) e um quark down (com carga de -1/3) Os nêutrons consistem em um quark up e dois quarks down. Essa distinção explica a diferença de massa e carga entre as duas partículas. [43] [44]

Os quarks são mantidos juntos pela forte interação (ou força forte), que é mediada pelos glúons . Os prótons e nêutrons, por sua vez, são mantidos um no outro no núcleo pela força nuclear , que é um resíduo da força forte que tem propriedades de alcance um tanto diferentes (veja o artigo sobre a força nuclear para mais informações). O glúon é um membro da família dos bósons de calibre , que são partículas elementares que medeiam as forças físicas. [43] [44]

Núcleo

A energia de ligação necessária para um nucleon escapar do núcleo, para vários isótopos

Todos os prótons e nêutrons ligados em um átomo formam um minúsculo núcleo atômico e são chamados coletivamente de núcleons . O raio de um núcleo é aproximadamente igual a femtometres , ondeé o número total de núcleons. [45] Isso é muito menor do que o raio do átomo, que é da ordem de 10 5  fm. Os nucleons são unidos por um potencial atrativo de curto alcance denominado força forte residual . Em distâncias menores que 2,5 fm, essa força é muito mais poderosa do que a força eletrostática que faz com que os prótons carregados positivamente se repelam. [46]

Os átomos do mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, chamado de número atômico . Dentro de um único elemento, o número de nêutrons pode variar, determinando o isótopo desse elemento. O número total de prótons e nêutrons determina o nuclídeo . O número de nêutrons em relação aos prótons determina a estabilidade do núcleo, com certos isótopos sofrendo decaimento radioativo . [47]

O próton, o elétron e o nêutron são classificados como férmions . Os férmions obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, que proíbe os férmions idênticos , como prótons múltiplos, de ocupar o mesmo estado quântico ao mesmo tempo. Assim, cada próton no núcleo deve ocupar um estado quântico diferente de todos os outros prótons, e o mesmo se aplica a todos os nêutrons do núcleo e a todos os elétrons da nuvem de elétrons. [48]

Um núcleo que tem um número diferente de prótons do que nêutrons pode potencialmente cair para um estado de energia mais baixa por meio de um decaimento radioativo que faz com que o número de prótons e nêutrons seja mais próximo. Como resultado, os átomos com números correspondentes de prótons e nêutrons são mais estáveis ​​contra o decaimento, mas com o aumento do número atômico, a repulsão mútua dos prótons requer uma proporção crescente de nêutrons para manter a estabilidade do núcleo. [48]

Ilustração de um processo de fusão nuclear que forma um núcleo de deutério, consistindo de um próton e um nêutron, a partir de dois prótons. Um pósitron (e + ) - um elétron de antimatéria - é emitido junto com um neutrino de elétron .

O número de prótons e nêutrons no núcleo atômico pode ser modificado, embora isso possa exigir energias muito altas por causa da força forte. A fusão nuclear ocorre quando várias partículas atômicas se unem para formar um núcleo mais pesado, como por meio da colisão energética de dois núcleos. Por exemplo, no núcleo do Sol, os prótons requerem energias de 3 a 10 keV para superar sua repulsão mútua - a barreira coulombiana - e se fundem em um único núcleo. [49] Fissão nuclearé o processo oposto, fazendo com que um núcleo se divida em dois núcleos menores - geralmente por decaimento radioativo. O núcleo também pode ser modificado por meio do bombardeio de partículas subatômicas de alta energia ou fótons. Se isso modifica o número de prótons em um núcleo, o átomo muda para um elemento químico diferente. [50] [51]

Se a massa do núcleo após uma reação de fusão for menor do que a soma das massas das partículas separadas, a diferença entre esses dois valores pode ser emitida como um tipo de energia utilizável (como um raio gama ou a energia cinética de uma partícula beta ), como descrito por Albert Einstein de equivalência massa-energia fórmula,, Onde é a perda de massa e é a velocidade da luz . Esse déficit faz parte da energia de ligação do novo núcleo, e é a perda irrecuperável da energia que faz com que as partículas fundidas permaneçam juntas em um estado que requer que essa energia se separe. [52]

A fusão de dois núcleos que criam núcleos maiores com números atômicos menores do que o ferro e o níquel - um número total de núcleos de cerca de 60 - geralmente é um processo exotérmico que libera mais energia do que o necessário para uni-los. [53] É este processo de liberação de energia que torna a fusão nuclear em estrelas uma reação autossustentável. Para núcleos mais pesados, a energia de ligação por nucleão no núcleo começa a diminuir. Isso significa que os processos de fusão que produzem núcleos que têm números atômicos maiores do que cerca de 26 e massas atômicas maiores do que cerca de 60, é um processo endotérmico. Esses núcleos mais massivos não podem sofrer uma reação de fusão produtora de energia que pode sustentar o equilíbrio hidrostático de uma estrela. [48]

Nuvem de elétrons

Um poço de potencial, mostrando, de acordo com a mecânica clássica , a energia mínima V ( x ) necessária para atingir cada posição x . Classicamente, uma partícula com energia E é restrita a uma faixa de posições entre x 1 e x 2 .

Os elétrons em um átomo são atraídos para os prótons no núcleo pela força eletromagnética . Essa força liga os elétrons dentro de um poço de potencial eletrostático em torno do núcleo menor, o que significa que uma fonte externa de energia é necessária para o elétron escapar. Quanto mais próximo um elétron estiver do núcleo, maior será a força atrativa. Conseqüentemente, os elétrons ligados perto do centro do poço de potencial requerem mais energia para escapar do que aqueles em maiores separações.

Os elétrons, como outras partículas, têm propriedades tanto de partícula quanto de onda . A nuvem de elétrons é uma região dentro do poço de potencial onde cada elétron forma um tipo de onda estacionária tridimensional - uma forma de onda que não se move em relação ao núcleo. Esse comportamento é definido por um orbital atômico , uma função matemática que caracteriza a probabilidade de um elétron parecer estar em um determinado local quando sua posição é medida. [54] Apenas um conjunto discreto (ou quantizado ) desses orbitais existe ao redor do núcleo, já que outros padrões de onda possíveis decaem rapidamente para uma forma mais estável. [55]Os orbitais podem ter uma ou mais estruturas em anel ou nódulo e diferem uns dos outros em tamanho, forma e orientação. [56]

Vistas 3D de alguns orbitais atômicos semelhantes ao hidrogênio mostrando densidade de probabilidade e fase ( orbitais g e superiores não são mostrados)

Cada orbital atômico corresponde a um determinado nível de energia do elétron. O elétron pode mudar seu estado para um nível de energia mais alto, absorvendo um fóton com energia suficiente para impulsioná-lo para o novo estado quântico. Da mesma forma, por meio da emissão espontânea , um elétron em um estado de energia superior pode cair para um estado de energia inferior enquanto irradia o excesso de energia como um fóton. Esses valores de energia característicos, definidos pelas diferenças nas energias dos estados quânticos, são responsáveis ​​pelas linhas espectrais atômicas . [55]

A quantidade de energia necessária para remover ou adicionar um elétron - a energia de ligação do elétron - é muito menor do que a energia de ligação dos núcleons . Por exemplo, ele requer apenas 13,6 eV para retirar um elétron do estado fundamental de um átomo de hidrogênio, [57] em comparação com 2,23  milhões eV para dividir um núcleo de deutério . [58] Os átomos são eletricamente neutros se tiverem um número igual de prótons e elétrons. Os átomos que têm déficit ou excesso de elétrons são chamados de íons . Os elétrons que estão mais distantes do núcleo podem ser transferidos para outros átomos próximos ou compartilhados entre os átomos. Por este mecanismo, os átomos são capazes deligação em moléculas e outros tipos de compostos químicos, como cristais de rede iônica e covalente . [59]

Propriedades

Propriedades nucleares

Por definição, quaisquer dois átomos com um número idêntico de prótons em seus núcleos pertencem ao mesmo elemento químico . Átomos com igual número de prótons, mas um número diferente de nêutrons, são diferentes isótopos do mesmo elemento. Por exemplo, todos os átomos de hidrogênio admitem exatamente um próton, mas os isótopos existem sem nêutrons ( hidrogênio-1 , de longe a forma mais comum, [60] também chamada de prótio), um nêutron ( deutério ), dois nêutrons ( trítio ) e mais do que dois nêutrons . Os elementos conhecidos formam um conjunto de números atômicos, desde o elemento hidrogênio de próton único até o elemento oganesson de 118 prótons .. [61] Todos os isótopos conhecidos de elementos com números atômicos maiores do que 82 são radioativos, embora a radioatividade do elemento 83 ( bismuto ) seja tão pequena a ponto de ser praticamente desprezível. [62] [63]

Cerca de 339 nuclídeos ocorrem naturalmente na Terra , [64] dos quais 252 (cerca de 74%) não foram observados em decadência e são referidos como " isótopos estáveis ". Apenas 90 nuclídeos são teoricamente estáveis , enquanto outros 162 (elevando o total para 252) não foram observados em decadência, embora em teoria seja energeticamente possível. Estes também são formalmente classificados como "estáveis". Outros 34 nuclídeos radioativos têm meia-vida superior a 100 milhões de anos e são suficientemente longos para estar presentes desde o nascimento do sistema solar . Esta coleção de 286 nuclídeos são conhecidos como nuclídeos primordiais. Finalmente, 53 nuclídeos de vida curta adicionais são conhecidos por ocorrerem naturalmente, como produtos filhos da decadência do nuclídeo primordial (como o rádio do urânio ), ou como produtos de processos energéticos naturais na Terra, como o bombardeio de raios cósmicos (por exemplo, carbono -14). [65] [nota 1]

Para 80 dos elementos químicos, existe pelo menos um isótopo estável . Como regra, há apenas um punhado de isótopos estáveis ​​para cada um desses elementos, a média sendo de 3,2 isótopos estáveis ​​por elemento. Vinte e seis elementos têm apenas um único isótopo estável, enquanto o maior número de isótopos estáveis ​​observados para qualquer elemento é dez, para o elemento estanho . Os elementos 43 , 61 e todos os elementos numerados 83 ou superior não têm isótopos estáveis. [66] : 1-12

A estabilidade dos isótopos é afetada pela proporção de prótons para nêutrons e também pela presença de certos "números mágicos" de nêutrons ou prótons que representam camadas quânticas fechadas e preenchidas. Essas camadas quânticas correspondem a um conjunto de níveis de energia dentro do modelo de camada do núcleo; conchas preenchidas, como a concha preenchida de 50 prótons para estanho, conferem estabilidade incomum ao nuclídeo. Dos 252 nuclídeos estáveis ​​conhecidos, apenas quatro têm um número ímpar de prótons e um número ímpar de nêutrons: hidrogênio-2 ( deutério ), lítio-6 , boro-10 e nitrogênio-14. Além disso, apenas quatro nuclídeos ímpar-ímpares radioativos de ocorrência natural têm meia-vida ao longo de um bilhão de anos: potássio-40 , vanádio-50 , lantânio-138 e tântalo-180m . A maioria dos núcleos ímpares são altamente instáveis ​​em relação ao decaimento beta , porque os produtos do decaimento são pares-pares e, portanto, estão mais fortemente ligados, devido aos efeitos de emparelhamento nuclear . [67]

Massa

A grande maioria da massa de um átomo vem dos prótons e nêutrons que o compõem. O número total dessas partículas (chamadas de "núcleons") em um determinado átomo é chamado de número de massa . É um número inteiro positivo e adimensional (em vez de ter dimensão de massa), porque expressa uma contagem. Um exemplo de uso de um número de massa é o "carbono-12", que tem 12 núcleos (seis prótons e seis nêutrons).

A massa real de um átomo em repouso é freqüentemente expressa em daltons (Da), também chamada de unidade de massa atômica unificada (u). Esta unidade é definida como um décimo segundo da massa de um átomo neutro livre de carbono-12 , que é aproximadamente1,66 × 10 −27  kg . [68] Hidrogênio-1 (o isótopo mais leve do hidrogênio que também é o nuclídeo com a menor massa) tem um peso atômico de 1,007825 Da. [69] O valor desse número é chamado de massa atômica . Um dado átomo tem uma massa atômica aproximadamente igual (dentro de 1%) ao seu número de massa vezes a unidade de massa atômica (por exemplo, a massa de um nitrogênio-14 é aproximadamente 14 Da), mas este número não será exatamente um inteiro exceto ( por definição) no caso do carbono-12. [70] O átomo estável mais pesado é o chumbo-208, [62] com uma massa de207,976 6521  Da . [71]

Como até os átomos mais massivos são leves demais para serem trabalhados diretamente, os químicos usam a unidade de moles . Um mol de átomos de qualquer elemento sempre tem o mesmo número de átomos (cerca de6.022 × 10 23 ). Esse número foi escolhido de forma que, se um elemento tiver massa atômica de 1 u, um mol de átomos desse elemento tenha massa próxima a um grama. Por causa da definição da unidade de massa atômica unificada , cada átomo de carbono-12 tem uma massa atômica de exatamente 12 Da e, portanto, um mol de átomos de carbono-12 pesa exatamente 0,012 kg. [68]

Forma e tamanho

Os átomos não têm um limite externo bem definido, então suas dimensões são geralmente descritas em termos de um raio atômico . Esta é uma medida da distância até a qual a nuvem de elétrons se estende do núcleo. [72] Isso pressupõe que o átomo exiba uma forma esférica, que só é obedecida para átomos no vácuo ou no espaço livre. Os raios atômicos podem ser derivados das distâncias entre dois núcleos quando os dois átomos estão unidos por uma ligação química . O raio varia com a localização de um átomo no gráfico atômico, o tipo de ligação química, o número de átomos vizinhos ( número de coordenação ) e uma propriedade mecânica quântica conhecida como spin . [73] Notabela periódica dos elementos, o tamanho do átomo tende a aumentar ao mover para baixo nas colunas, mas diminuir ao mover através das linhas (da esquerda para a direita). [74] Consequentemente, o menor átomo é o hélio com um raio de 32  pm , enquanto um dos maiores é o césio em 225 pm. [75]

Quando submetido a forças externas, como campos elétricos , a forma de um átomo pode se desviar da simetria esférica . A deformação depende da magnitude do campo e do tipo orbital dos elétrons da camada externa, conforme mostrado por considerações teóricas de grupo . Desvios asféricos podem ser provocados, por exemplo, em cristais , onde grandes campos elétricos cristalinos podem ocorrer em locais de rede de baixa simetria . [76] [77] significativas elipsoidal deformações foram mostrados para ocorrer para os iões de enxofre [78] e calcogeno iões [79] em pirite -type compostos.

As dimensões atômicas são milhares de vezes menores do que os comprimentos de onda da luz (400-700  nm ), portanto, não podem ser visualizadas em um microscópio óptico , embora átomos individuais possam ser observados em um microscópio de tunelamento . Para visualizar a pequenez do átomo, considere que um cabelo humano típico tem cerca de 1 milhão de átomos de carbono de largura. [80] Uma única gota de água contém cerca de 2  sextiliões (2 × 10 21 ) átomos de oxigênio e duas vezes o número de átomos de hidrogênio. [81] Um diamante de um quilate com uma massa de2 × 10 −4  kg contém cerca de 10 sextilhões (10 22 ) de átomos de carbono . [nota 2] Se uma maçã fosse ampliada para o tamanho da Terra, então os átomos na maçã teriam aproximadamente o tamanho da maçã original. [82]

Decaimento radioativo

Este diagrama mostra a meia-vida (T ½ ) de vários isótopos com prótons Z e N nêutrons.

Cada elemento possui um ou mais isótopos que possuem núcleos instáveis ​​que estão sujeitos ao decaimento radioativo, fazendo com que o núcleo emita partículas ou radiação eletromagnética. A radioatividade pode ocorrer quando o raio de um núcleo é grande em comparação com o raio da força forte, que atua apenas em distâncias da ordem de 1 fm. [83]

As formas mais comuns de decaimento radioativo são: [84] [85]

  • Decaimento alfa : esse processo é causado quando o núcleo emite uma partícula alfa, que é um núcleo de hélio composto por dois prótons e dois nêutrons. O resultado da emissão é um novo elemento com um número atômico menor .
  • Decaimento beta (e captura de elétrons ): esses processos são regulados pela força fraca e resultam da transformação de um nêutron em um próton, ou de um próton em um nêutron. A transição de nêutron para próton é acompanhada pela emissão de um elétron e um antineutrino , enquanto a transição de próton para nêutron (exceto na captura de elétrons) causa a emissão de um pósitron e um neutrino.. As emissões de elétrons ou pósitrons são chamadas de partículas beta. O decaimento beta aumenta ou diminui o número atômico do núcleo em um. A captura de elétrons é mais comum do que a emissão de pósitrons, porque requer menos energia. Nesse tipo de decaimento, um elétron é absorvido pelo núcleo, em vez de um pósitron emitido pelo núcleo. Um neutrino ainda é emitido neste processo, e um próton se transforma em um nêutron.
  • Decaimento gama : este processo resulta de uma mudança no nível de energia do núcleo para um estado inferior, resultando na emissão de radiação eletromagnética. O estado excitado de um núcleo que resulta na emissão gama geralmente ocorre após a emissão de uma partícula alfa ou beta. Assim, o decaimento gama geralmente segue o decaimento alfa ou beta.

Outros tipos mais raros de decaimento radioativo incluem ejeção de nêutrons ou prótons ou aglomerados de núcleos de um núcleo, ou mais de uma partícula beta . Um análogo da emissão gama que permite que os núcleos excitados percam energia de uma maneira diferente, é a conversão interna - um processo que produz elétrons de alta velocidade que não são raios beta, seguido pela produção de fótons de alta energia que não são raios gama. Alguns núcleos grandes explodem em dois ou mais fragmentos carregados de massas variadas mais vários nêutrons, em um decaimento chamado fissão nuclear espontânea .

Cada isótopo radioativo tem um período de tempo de decaimento característico - a meia-vida - que é determinado pela quantidade de tempo necessária para que metade de uma amostra decaia. Este é um processo de decaimento exponencial que diminui continuamente a proporção do isótopo restante em 50% a cada meia-vida. Portanto, após duas meias-vidas terem passado, apenas 25% do isótopo estará presente, e assim por diante. [83]

Momento magnético

As partículas elementares possuem uma propriedade mecânica quântica intrínseca conhecida como spin . Isso é análogo ao momento angular de um objeto que está girando em torno de seu centro de massa , embora, estritamente falando, se acredite que essas partículas sejam pontuais e não se possa dizer que estejam girando. O spin é medido em unidades da constante de Planck reduzida (ħ), com elétrons, prótons e nêutrons tendo spin ½ ħ, ou "spin-½". Em um átomo, os elétrons em movimento ao redor do núcleo possuem momento angular orbital além de seu spin, enquanto o próprio núcleo possui momento angular devido ao seu spin nuclear. [86]

O campo magnético produzido por um átomo - seu momento magnético - é determinado por essas várias formas de momento angular, assim como um objeto carregado em rotação classicamente produz um campo magnético, mas a contribuição mais dominante vem do spin do elétron. Devido à natureza dos elétrons obedecerem ao princípio de exclusão de Pauli , em que dois elétrons não podem ser encontrados no mesmo estado quântico , elétrons ligados se emparelham, com um membro de cada par em um estado de spin up e o outro em o oposto, estado de rotação para baixo. Assim, esses spins se cancelam, reduzindo o momento de dipolo magnético total a zero em alguns átomos com número par de elétrons. [87]

Em elementos ferromagnéticos , como ferro, cobalto e níquel, um número ímpar de elétrons leva a um elétron desemparelhado e a um momento magnético total líquido. Os orbitais dos átomos vizinhos se sobrepõem e um estado de menor energia é alcançado quando os spins dos elétrons desemparelhados estão alinhados uns com os outros, um processo espontâneo conhecido como interação de troca . Quando os momentos magnéticos dos átomos ferromagnéticos estão alinhados, o material pode produzir um campo macroscópico mensurável. Os materiais paramagnéticos têm átomos com momentos magnéticos que se alinham em direções aleatórias quando nenhum campo magnético está presente, mas os momentos magnéticos dos átomos individuais se alinham na presença de um campo. [87] [88]

O núcleo de um átomo não terá spin quando tiver números pares de nêutrons e prótons, mas para outros casos de números ímpares, o núcleo pode ter um spin. Normalmente, os núcleos com spin estão alinhados em direções aleatórias por causa do equilíbrio térmico , mas para certos elementos (como o xenônio-129 ), é possível polarizar uma proporção significativa dos estados de spin nuclear para que fiquem alinhados na mesma direção - uma condição chamada hiperpolarização . Isso tem aplicações importantes em imagens de ressonância magnética . [89] [90]

Níveis de energia

Os níveis de energia desses elétrons (fora da escala) são suficientes para os estados fundamentais dos átomos até o cádmio (5s 2 4d 10 ) inclusive. Não se esqueça de que mesmo o topo do diagrama é mais baixo do que um estado de elétron não ligado.

A energia potencial de um elétron em um átomo é negativa em relação a quando a distância do núcleo vai para o infinito ; sua dependência da posição do elétron atinge o mínimo dentro do núcleo, aproximadamente na proporção inversa da distância. No modelo da mecânica quântica, um elétron ligado pode ocupar apenas um conjunto de estados centrados no núcleo, e cada estado corresponde a um nível de energia específico ; veja a equação de Schrödinger independente do tempo para uma explicação teórica. Um nível de energia pode ser medido pela quantidade de energia necessária para desvincularo elétron do átomo, e geralmente é dado em unidades de elétronvolts (eV). O estado de menor energia de um elétron ligado é chamado de estado fundamental, ou seja , estado estacionário , enquanto uma transição de elétron para um nível superior resulta em um estado excitado. [91] A energia do elétron aumenta junto com n porque a distância (média) ao núcleo aumenta. A dependência da energia em é causada não pelo potencial eletrostático do núcleo, mas pela interação entre elétrons.

Para um elétron fazer a transição entre dois estados diferentes , por exemplo, do estado fundamental para o primeiro estado excitado , ele deve absorver ou emitir um fóton com uma energia que corresponda à diferença na energia potencial desses níveis, de acordo com o modelo de Niels Bohr , o que pode ser precisamente calculado pela equação de Schrödinger . Os elétrons saltam entre os orbitais como uma partícula. Por exemplo, se um único fóton atinge os elétrons, apenas um único elétron muda de estado em resposta ao fóton; consulte Propriedades do elétron .

A energia de um fóton emitido é proporcional à sua frequência , de modo que esses níveis de energia específicos aparecem como bandas distintas no espectro eletromagnético . [92] Cada elemento tem um espectro característico que pode depender da carga nuclear, subcamadas preenchidas por elétrons, as interações eletromagnéticas entre os elétrons e outros fatores. [93]

Um exemplo de linhas de absorção em um espectro

Quando um espectro contínuo de energia passa por um gás ou plasma, alguns dos fótons são absorvidos pelos átomos, fazendo com que os elétrons mudem seu nível de energia. Os elétrons excitados que permanecem ligados a seus átomos emitem espontaneamente essa energia como um fóton, viajando em uma direção aleatória e, assim, voltando para níveis de energia mais baixos. Assim, os átomos se comportam como um filtro que forma uma série de bandas escuras de absorção na saída de energia. (Um observador vendo os átomos de uma visão que não inclui o espectro contínuo no fundo, em vez disso vê uma série de linhas de emissão dos fótons emitidos pelos átomos.) Medições espectroscópicas da força e largura das linhas espectrais atômicaspermitem que a composição e as propriedades físicas de uma substância sejam determinadas. [94]

Um exame atento das linhas espectrais revela que algumas exibem uma divisão fina da estrutura . Isso ocorre por causa do acoplamento spin-órbita , que é uma interação entre o spin e o movimento do elétron mais externo. [95] Quando um átomo está em um campo magnético externo, as linhas espectrais se dividem em três ou mais componentes; um fenômeno denominado efeito Zeeman . Isso é causado pela interação do campo magnético com o momento magnético do átomo e seus elétrons. Alguns átomos podem ter múltiplas configurações de elétronscom o mesmo nível de energia, que assim aparecem como uma única linha espectral. A interação do campo magnético com o átomo muda essas configurações eletrônicas para níveis de energia ligeiramente diferentes, resultando em várias linhas espectrais. [96] A presença de um campo elétrico externo pode causar uma divisão e deslocamento comparáveis ​​das linhas espectrais, modificando os níveis de energia do elétron, um fenômeno chamado de efeito Stark . [97]

Se um elétron ligado está em um estado excitado, um fóton interagindo com a energia adequada pode causar a emissão estimulada de um fóton com um nível de energia compatível. Para que isso ocorra, o elétron deve cair para um estado de energia inferior que tenha uma diferença de energia correspondente à energia do fóton em interação. O fóton emitido e o fóton em interação se movem em paralelo e com fases correspondentes. Ou seja, os padrões de onda dos dois fótons são sincronizados. Essa propriedade física é usada para fazer lasers , que podem emitir um feixe coerente de energia luminosa em uma faixa de frequência estreita. [98]

Valência e comportamento de união

Valência é o poder de combinação de um elemento. É determinado pelo número de ligações que pode formar com outros átomos ou grupos. [99] A camada de elétrons mais externa de um átomo em seu estado não combinado é conhecida como camada de valência , e os elétrons nessa camada são chamados de elétrons de valência . O número de elétrons de valência determina o comportamento de ligação com outros átomos. Os átomos tendem a reagir quimicamente uns com os outros de uma maneira que preenche (ou esvazia) suas camadas externas de valência. [100]Por exemplo, a transferência de um único elétron entre átomos é uma aproximação útil para ligações que se formam entre átomos com um elétron a mais do que uma camada preenchida e outras que estão com um elétron a menos de uma camada completa, como ocorre no composto cloreto de sódio e outros sais iônicos químicos. Muitos elementos exibem várias valências ou tendências para compartilhar números diferentes de elétrons em compostos diferentes. Assim, a ligação química entre esses elementos assume muitas formas de compartilhamento de elétrons que são mais do que simples transferências de elétrons. Os exemplos incluem o elemento carbono e os compostos orgânicos . [101]

Os elementos químicos são freqüentemente exibidos em uma tabela periódica que é disposta para exibir propriedades químicas recorrentes, e os elementos com o mesmo número de elétrons de valência formam um grupo que é alinhado na mesma coluna da tabela. (As linhas horizontais correspondem ao preenchimento de uma camada quântica de elétrons.) Os elementos na extremidade direita da tabela têm sua camada externa completamente preenchida com elétrons, o que resulta em elementos quimicamente inertes conhecidos como gases nobres . [102] [103]

Estados

Gráfico que ilustra a formação de um condensado de Bose-Einstein

Quantidades de átomos são encontradas em diferentes estados da matéria que dependem das condições físicas, como temperatura e pressão . Ao variar as condições, os materiais podem fazer a transição entre sólidos , líquidos , gases e plasmas . [104] Dentro de um estado, um material também pode existir em diferentes alótropos . Um exemplo disso é o carbono sólido, que pode existir como grafite ou diamante . [105] Alótropos gasosos também existem, como o dioxigênio e o ozônio .

Em temperaturas próximas do zero absoluto , os átomos podem formar um condensado de Bose-Einstein , ponto no qual os efeitos da mecânica quântica, que normalmente são observados apenas na escala atômica, tornam-se aparentes em uma escala macroscópica. [106] [107] Esta coleção super-resfriada de átomos então se comporta como um único superátomo , o que pode permitir verificações fundamentais do comportamento da mecânica quântica. [108]

Identificação

Imagem do microscópio de tunelamento de varredura mostrando os átomos individuais que compõem essa superfície de ouro ( 100 ). Os átomos da superfície se desviam da estrutura do cristal em massa e organizam em colunas vários átomos de largura com poços entre eles (consulte a reconstrução da superfície ).

Embora os átomos sejam muito pequenos para serem vistos, dispositivos como o microscópio de tunelamento de varredura (STM) permitem sua visualização nas superfícies dos sólidos. O microscópio usa o fenômeno de tunelamento quântico , que permite que as partículas passem por uma barreira que seria intransponível na perspectiva clássica. Túnel de elétrons através do vácuo entre dois polarizadoseletrodos, fornecendo uma corrente de tunelamento que é exponencialmente dependente de sua separação. Um eletrodo é uma ponta afiada que termina idealmente com um único átomo. Em cada ponto da varredura da superfície, a altura da ponta é ajustada de forma a manter a corrente de tunelamento em um valor definido. O quanto a ponta se move para e para longe da superfície é interpretado como o perfil de altura. Para baixa polarização, o microscópio imagina os orbitais de elétrons médios em níveis de energia compactados - a densidade local dos estados eletrônicos próximos ao nível de Fermi . [109] [110]Por causa das distâncias envolvidas, ambos os eletrodos precisam ser extremamente estáveis; só então podem ser observadas periodicidades que correspondem a átomos individuais. O método sozinho não é quimicamente específico e não pode identificar as espécies atômicas presentes na superfície.

Os átomos podem ser facilmente identificados por sua massa. Se um átomo for ionizado pela remoção de um de seus elétrons, sua trajetória ao passar por um campo magnético se dobrará. O raio pelo qual a trajetória de um íon em movimento é girada pelo campo magnético é determinado pela massa do átomo. O espectrômetro de massa usa esse princípio para medir a razão massa-carga dos íons. Se uma amostra contém vários isótopos, o espectrômetro de massa pode determinar a proporção de cada isótopo na amostra medindo a intensidade dos diferentes feixes de íons. Técnicas para vaporizar átomos incluem plasma indutivamente acoplado a espectroscopia de emissão atómica e espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente, ambos usam um plasma para vaporizar amostras para análise. [111]

O tomógrafo de sonda de átomo tem resolução sub-nanométrica em 3-D e pode identificar quimicamente átomos individuais usando espectrometria de massa de tempo de voo. [112]

Técnicas de emissão de elétrons, como espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) e espectroscopia de elétrons Auger (AES), que medem as energias de ligação dos elétrons centrais , são usadas para identificar as espécies atômicas presentes em uma amostra de forma não destrutiva. Com a focalização adequada, ambos podem ser específicos da área. Outro método é a espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS), que mede a perda de energia de um feixe de elétrons em um microscópio eletrônico de transmissão quando ele interage com uma parte de uma amostra.

Os espectros de estados excitados podem ser usados ​​para analisar a composição atômica de estrelas distantes . Comprimentos de onda de luz específicos contidos na luz observada das estrelas podem ser separados e relacionados às transições quantizadas em átomos de gás livres. Essas cores podem ser replicadas usando uma lâmpada de descarga de gás contendo o mesmo elemento. [113] O hélio foi descoberto desta forma no espectro do Sol 23 anos antes de ser encontrado na Terra. [114]

Origem e estado atual

A matéria bariônica forma cerca de 4% da densidade total de energia do Universo observável , com uma densidade média de cerca de 0,25 partículas / m 3 (principalmente prótons e elétrons). [115] Dentro de uma galáxia como a Via Láctea , as partículas têm uma concentração muito maior, com a densidade da matéria no meio interestelar (ISM) variando de 10 5 a 10 9 átomos / m 3 . [116] Acredita-se que o Sol esteja dentro da bolha local , então a densidade na vizinhança solar é de apenas cerca de 10 3 átomos / m 3 . [117] As estrelas se formam a partir de nuvens densas no ISM, e os processos evolutivos das estrelas resultam no enriquecimento constante do ISM com elementos mais massivos do que hidrogênio e hélio.

Até 95% da matéria bariônica da Via Láctea está concentrada dentro das estrelas, onde as condições são desfavoráveis ​​para a matéria atômica. A massa bariônica total é cerca de 10% da massa da galáxia; [118] o restante da massa é uma matéria escura desconhecida . [119] A alta temperatura dentro das estrelas torna a maioria dos "átomos" totalmente ionizados, ou seja, separa todos os elétrons dos núcleos. Em remanescentes estelares - com exceção de suas camadas superficiais - uma pressão imensa torna as camadas de elétrons impossíveis.

Formação

Tabela periódica mostrando a origem de cada elemento. Elementos desde o carbono até o enxofre podem ser produzidos em pequenas estrelas pelo processo alfa . Elementos além do ferro são feitos em grandes estrelas com captura lenta de nêutrons ( processo s ). Elementos mais pesados ​​que o ferro podem ser feitos em fusões de estrelas de nêutrons ou supernovas após o processo r .

Acredita-se que os elétrons existam no Universo desde os primeiros estágios do Big Bang . Os núcleos atômicos são formados em reações de nucleossíntese . Em cerca de três minutos, a nucleossíntese do Big Bang produziu a maior parte do hélio , lítio e deutério no Universo, e talvez parte do berílio e boro . [120] [121] [122]

A ubiquidade e a estabilidade dos átomos dependem de sua energia de ligação , o que significa que um átomo tem uma energia mais baixa do que um sistema não ligado de núcleo e elétrons. Onde a temperatura é muito mais alta do que o potencial de ionização , a matéria existe na forma de plasma - um gás de íons carregados positivamente (possivelmente, núcleos nus) e elétrons. Quando a temperatura cai abaixo do potencial de ionização, os átomos tornam-se estatisticamente favoráveis. Os átomos (completos com elétrons ligados) passaram a dominar as partículas carregadas 380.000 anos após o Big Bang - uma época chamada de recombinação, quando o Universo em expansão resfriou o suficiente para permitir que os elétrons se ligassem aos núcleos. [123]

Desde o Big Bang, que não produziu carbono ou elementos mais pesados , os núcleos atômicos foram combinados nas estrelas através do processo de fusão nuclear para produzir mais do elemento hélio e (através do processo triplo alfa ) a sequência de elementos do carbono até ferro ; [124] consulte a nucleossíntese estelar para obter detalhes.

Isótopos como o lítio-6, bem como algum berílio e boro são gerados no espaço através da fragmentação dos raios cósmicos . [125] Isso ocorre quando um próton de alta energia atinge um núcleo atômico, fazendo com que um grande número de núcleos seja ejetado.

Elementos mais pesados ​​que o ferro foram produzidos em supernovas e estrelas de nêutrons em colisão através do processo r , e em estrelas AGB através do processo s , ambos envolvendo a captura de nêutrons por núcleos atômicos. [126] Elementos como o chumbo se formaram principalmente por meio da decomposição radioativa de elementos mais pesados. [127]

terra

A maioria dos átomos que compõem a Terra e seus habitantes estavam presentes em sua forma atual na nebulosa que saiu de uma nuvem molecular para formar o Sistema Solar . O resto é o resultado da decadência radioativa, e sua proporção relativa pode ser usada para determinar a idade da Terra por meio de datação radiométrica . [128] [129] A maior parte do hélio na crosta terrestre (cerca de 99% do hélio de poços de gás, como mostrado por sua menor abundância de hélio-3 ) é um produto da decomposição alfa . [130]

Existem alguns vestígios de átomos na Terra que não estavam presentes no início (ou seja, não eram "primordiais"), nem são resultados da decadência radioativa. O carbono-14 é gerado continuamente por raios cósmicos na atmosfera. [131] Alguns átomos da Terra foram gerados artificialmente, deliberadamente ou como subprodutos de reatores nucleares ou explosões. [132] [133] Dos elementos transurânicos - aqueles com números atômicos maiores que 92 - apenas o plutônio e o neptúnio ocorrem naturalmente na Terra. [134] [135] Elementos transurânicos têm vidas radioativas mais curtas do que a idade atual da Terra [136]e, portanto, quantidades identificáveis ​​desses elementos há muito decaíram, com exceção de traços de plutônio-244 possivelmente depositados pela poeira cósmica. [128] Depósitos naturais de plutônio e neptúnio são produzidos pela captura de nêutrons no minério de urânio. [137]

A Terra contém aproximadamente 1,33 × 10 50 átomos. [138] Embora existam pequenos números de átomos independentes de gases nobres , como argônio , néon e hélio , 99% da atmosfera está ligada na forma de moléculas, incluindo dióxido de carbono e oxigênio e nitrogênio diatômico . Na superfície da Terra, a esmagadora maioria dos átomos se combinam para formar vários compostos, incluindo água , sal , silicatos e óxidos. Os átomos também podem se combinar para criar materiais que não consistem em moléculas discretas, incluindo cristais e metais líquidos ou sólidos . [139] [140] Esta matéria atômica forma arranjos em rede que não possuem o tipo particular de ordem interrompida em pequena escala associada à matéria molecular. [141]

Formas raras e teóricas

Elementos superpesados

Todos os nuclídeos com número atômico superior a 82 ( chumbo ) são conhecidos por serem radioativos. Nenhum nuclídeo com um número atômico superior a 92 ( urânio ) existe na Terra como um nuclídeo primordial , e os elementos mais pesados ​​geralmente têm meia-vida mais curta. No entanto, uma " ilha de estabilidade " englobando isótopos de elementos superpesados ​​de vida relativamente longa [142] com números atômicos de 110 a 114 pode existir. [143] As previsões para a meia-vida do nuclídeo mais estável na ilha variam de alguns minutos a milhões de anos. [144] Em qualquer caso, elementos superpesados ​​(com Z > 104) não existiria devido ao aumento da repulsão de Coulomb (que resulta em fissão espontânea com meias-vidas cada vez mais curtas) na ausência de quaisquer efeitos estabilizadores. [145]

Matéria exótica

Cada partícula de matéria tem uma partícula de antimatéria correspondente com a carga elétrica oposta. Assim, o pósitron é um antielétron carregado positivamente e o antipróton é um equivalente carregado negativamente de um próton . Quando uma matéria e uma partícula de antimatéria correspondente se encontram, elas se aniquilam. Por isso, junto com um desequilíbrio entre o número de partículas de matéria e antimatéria, as últimas são raras no universo. As primeiras causas desse desequilíbrio ainda não são totalmente compreendidas, embora as teorias da bariogênese possam oferecer uma explicação. Como resultado, nenhum átomo de antimatéria foi descoberto na natureza. [146] [147]Em 1996, a contraparte de antimatéria do átomo de hidrogênio ( anti-hidrogênio ) foi sintetizada no laboratório CERN em Genebra . [148] [149]

Outros átomos exóticos foram criados pela substituição de um dos prótons, nêutrons ou elétrons por outras partículas que têm a mesma carga. Por exemplo, um elétron pode ser substituído por um múon mais massivo , formando um átomo muônico . Esses tipos de átomos podem ser usados ​​para testar previsões fundamentais da física. [150] [151] [152]

Veja também

Notas

  1. ^ Para atualizações mais recentes ver Brookhaven National Laboratory 's Gráfico interativo dos nuclídeos ] arquivados 25 de julho de 2020 no Wayback Machine .
  2. ^ Um quilate tem 200 miligramas. Por definição , o carbono-12 tem 0,012 kg por mol. A constante de Avogadro define6 × 10 23 átomos por mole.
  1. ^ A fórmula do óxido de ferro (II) é escrita aqui como Fe 2 O 2 em vez do FeO mais convencional porque ilustra melhor a explicação.

Referências

  1. ^ Pullman, Bernard (1998). O átomo na história do pensamento humano . Oxford, Inglaterra: Oxford University Press. pp. 31–33. ISBN 978-0-19-515040-7.
  2. ^ Melsen (1952). De Atomos para Atom , pp. 18-19
  3. ^ Dalton (1817). A New System of Chemical Philosophy vol. 2, pág. 36
  4. ^ Melsen (1952). De Atomos a Atom , p. 137
  5. ^ Dalton (1817). A New System of Chemical Philosophy vol. 2, pp. 28
  6. ^ Millington (1906). John Dalton , p. 113
  7. ^ Dalton (1808). A New System of Chemical Philosophy vol. 1, pp. 316-319
  8. ^ Holbrow e outros (2010). Modern Introductory Physics , pp. 65-66
  9. ^ Einstein, Albert (1905). "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen" (PDF) . Annalen der Physik (em alemão). 322 (8): 549–560. Bibcode : 1905AnP ... 322..549E . doi : 10.1002 / andp.19053220806 . Arquivado (PDF) do original em 18 de julho de 2007.
  10. ^ Mazo, Robert M. (2002). Movimento browniano: flutuações, dinâmica e aplicações . Imprensa da Universidade de Oxford. pp.  1 -7. ISBN 978-0-19-851567-8. OCLC  48753074 .
  11. ^ Lee, YK; Hoon, K. (1995). "Movimento Browniano" . Imperial College . Arquivado do original em 18 de dezembro de 2007.
  12. ^ Patterson, G. (2007). “Jean Perrin e o triunfo da doutrina atômica”. Endeavour . 31 (2): 50–53. doi : 10.1016 / j.endeavour.2007.05.003 . PMID 17602746 . 
  13. ^ Thomson, JJ (agosto de 1901). "Em corpos menores que átomos" . The Popular Science Monthly : 323–335 . Página visitada em 21 de junho de 2009 .
  14. ^ Navarro (2012). A History of the Electron , p. 94
  15. ^ a b Heilbron (2003). Ernest Rutheford and the Explosion of Atoms , pp. 64-68
  16. ^ "Frederick Soddy, Prêmio Nobel de Química 1921" . Fundação Nobel . Arquivado do original em 9 de abril de 2008 . Página visitada em 18 de janeiro de 2008 .
  17. ^ Thomson, Joseph John (1913). "Raios de eletricidade positiva" . Proceedings of the Royal Society . A. 89 (607): 1–20. Bibcode : 1913RSPSA..89 .... 1T . doi : 10.1098 / rspa.1913.0057 . Arquivado do original em 4 de novembro de 2016.
  18. ^ Stern, David P. (16 de maio de 2005). "O núcleo atômico e o modelo inicial do átomo de Bohr" . NASA / Goddard Space Flight Center . Arquivado do original em 20 de agosto de 2007.
  19. ^ Bohr, Niels (11 de dezembro de 1922). "Niels Bohr, Prêmio Nobel de Física 1922, Palestra Nobel" . Fundação Nobel . Arquivado do original em 15 de abril de 2008.
  20. ^ a b c Pais, Abraham (1986). Limite interno: de matéria e forças no mundo físico . Nova York: Oxford University Press. pp.  228–230 . ISBN 978-0-19-851971-3.
  21. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). “O átomo e a molécula” . Journal of the American Chemical Society . 38 (4): 762–786. doi : 10.1021 / ja02261a002 . Arquivado (PDF) do original em 25 de agosto de 2019.
  22. ^ Scerri, Eric R. (2007). A tabela periódica: sua história e seu significado . Oxford University Press US. pp.  205–226 . ISBN 978-0-19-530573-9.
  23. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules" . Journal of the American Chemical Society . 41 (6): 868–934. doi : 10.1021 / ja02227a002 . Arquivado do original em 21 de junho de 2019.
  24. ^ Scully, Marlan O .; Lamb, Willis E .; Barut, Asim (1987). "Sobre a teoria do aparelho Stern-Gerlach". Fundamentos da Física . 17 (6): 575–583. Bibcode : 1987FoPh ... 17..575S . doi : 10.1007 / BF01882788 . S2CID 122529426 . 
  25. ^ McEvoy, JP; Zarate, Oscar (2004). Apresentando a Teoria Quântica . Totem Books. pp. 110-114. ISBN 978-1-84046-577-8.
  26. ^ Kozłowski, Miroslaw (2019). "A equação de Schrödinger A História" .
  27. ^ Chad Orzel (16 de setembro de 2014). "O que é o Princípio da Incerteza de Heisenberg?" . TED-Ed . Arquivado do original em 13 de setembro de 2015 - via YouTube.
  28. ^ Brown, Kevin (2007). "O átomo de hidrogênio" . MathPages. Arquivado do original em 5 de setembro de 2012.
  29. ^ Harrison, David M. (2000). "The Development of Quantum Mechanics" . Universidade de Toronto . Arquivado do original em 25 de dezembro de 2007.
  30. ^ Aston, Francis W. (1920). “A constituição do néon atmosférico” . Revista Filosófica . 39 (6): 449–455. doi : 10.1080 / 14786440408636058 .
  31. ^ Chadwick, James (12 de dezembro de 1935). "Palestra Nobel: O Nêutron e suas Propriedades" . Fundação Nobel . Arquivado do original em 12 de outubro de 2007.
  32. ^ Bowden, Mary Ellen (1997). "Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann" . Empreendedores químicos: o rosto humano das ciências químicas . Filadélfia, PA: Chemical Heritage Foundation. pp.  76–80, 125 . ISBN 978-0-941901-12-3.
  33. ^ "Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann" . Instituto de História da Ciência . Junho de 2016. Arquivado do original em 21 de março de 2018.
  34. ^ Meitner, Lise; Frisch, Otto Robert (1939). "Desintegração do urânio por nêutrons: um novo tipo de reação nuclear". Nature . 143 (3615): 239–240. Bibcode : 1939Natur.143..239M . doi : 10.1038 / 143239a0 . S2CID 4113262 . 
  35. ^ Schroeder, M. "Lise Meitner - Zur 125. Wiederkehr Ihres Geburtstages" (em alemão). Arquivado do original em 19 de julho de 2011 . Página visitada em 4 de junho de 2009 .
  36. ^ Crawford, E .; Sime, Ruth Lewin ; Walker, Mark (1997). "Um conto Nobel de injustiça do pós-guerra" . Física hoje . 50 (9): 26–32. Bibcode : 1997PhT .... 50i..26C . doi : 10.1063 / 1.881933 .
  37. ^ Kullander, Sven (28 de agosto de 2001). "Aceleradores e ganhadores do Nobel" . Fundação Nobel . Arquivado do original em 13 de abril de 2008.
  38. ^ "O Prêmio Nobel de Física 1990" . Fundação Nobel . 17 de outubro de 1990. Arquivado do original em 14 de maio de 2008.
  39. ^ Demtröder, Wolfgang (2002). Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics (1ª ed.). Springer. pp.  39 -42. ISBN 978-3-540-20631-6. OCLC  181435713 .
  40. ^ Woan, Graham (2000). The Cambridge Handbook of Physics . Cambridge University Press. p. 8 . ISBN 978-0-521-57507-2. OCLC  224032426 .
  41. ^ Mohr, PJ; Taylor, BN e Newell, DB (2014), "The 2014 CODATA Recommended Values ​​of the Fundamental Physical Constants" Arquivado em 21 de fevereiro de 2012 no WebCite (Web Versão 7.0). O banco de dados foi desenvolvido por J. Baker, M. Douma e S. Kotochigova. (2014). Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, Gaithersburg, Maryland 20899.
  42. ^ MacGregor, Malcolm H. (1992). The Enigmatic Electron . Imprensa da Universidade de Oxford. pp.  33–37 . ISBN 978-0-19-521833-6. OCLC  223372888 .
  43. ^ a b Grupo de dados de partícula (2002). "A aventura das partículas" . Laboratório Lawrence Berkeley. Arquivado do original em 4 de janeiro de 2007.
  44. ^ a b Schombert, James (18 de abril de 2006). "Partículas Elementares" . University of Oregon. Arquivado do original em 21 de agosto de 2011.
  45. ^ Jevremovic, Tatjana (2005). Princípios Nucleares em Engenharia . Springer. p. 63 . ISBN 978-0-387-23284-3. OCLC  228384008 .
  46. ^ Pfeffer, Jeremy I .; Nir, Shlomo (2000). Física moderna: um texto introdutório . Imperial College Press. pp. 330–336. ISBN 978-1-86094-250-1. OCLC  45900880 .
  47. ^ Wenner, Jennifer M. (10 de outubro de 2007). "Como funciona o decaimento radioativo?" . Carleton College. Arquivado do original em 11 de maio de 2008.
  48. ^ a b c Raymond, David (7 de abril de 2006). "Energias de ligação nucleares" . New Mexico Tech. Arquivado do original em 1 de dezembro de 2002.
  49. ^ Mihos, Chris (23 de julho de 2002). "Superando a barreira de Coulomb" . Case Western Reserve University. Arquivado do original em 12 de setembro de 2006.
  50. ^ Pessoal (30 de março de 2007). "ABC da Ciência Nuclear" . Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. Arquivado do original em 5 de dezembro de 2006.
  51. ^ Makhijani, Arjun; Saleska, Scott (2 de março de 2001). "Noções básicas de Física Nuclear e Fissão" . Instituto de Pesquisa Energética e Ambiental. Arquivado do original em 16 de janeiro de 2007.
  52. ^ Shultis, J. Kenneth; Faw, Richard E. (2002). Fundamentos de Ciência e Engenharia Nuclear . CRC Press. pp. 10–17. ISBN 978-0-8247-0834-4. OCLC  123346507 .
  53. ^ Fewell, MP (1995). "O nuclídeo atômico com a maior energia média de ligação". American Journal of Physics . 63 (7): 653–658. Bibcode : 1995AmJPh..63..653F . doi : 10.1119 / 1.17828 .
  54. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Ciência . 157 (3784): 13–24. Bibcode : 1967Sci ... 157 ... 13M . doi : 10.1126 / science.157.3784.13 . PMID 5338306 . 
  55. ^ a b Brucat, Philip J. (2008). "O átomo quântico" . University of Florida. Arquivado do original em 7 de dezembro de 2006.
  56. ^ Manthey, David (2001). "Orbitais Atômicos" . Orbital Central. Arquivado do original em 10 de janeiro de 2008.
  57. ^ Herter, Terry (2006). "Aula 8: O átomo de hidrogênio" . Cornell University. Arquivado do original em 22 de fevereiro de 2012.
  58. ^ Bell, RE; Elliott, LG (1950). "Raios gama da reação H 1 (n, γ) D 2 e a energia de ligação do Deuteron". Revisão física . 79 (2): 282–285. Bibcode : 1950PhRv ... 79..282B . doi : 10.1103 / PhysRev.79.282 .
  59. ^ Smirnov, Boris M. (2003). Física dos átomos e íons . Springer. pp.  249 -272. ISBN 978-0-387-95550-6.
  60. ^ Matis, Howard S. (9 de agosto de 2000). "Os isótopos do hidrogênio" . Guia para o gráfico de parede nuclear . Lawrence Berkeley National Lab. Arquivado do original em 18 de dezembro de 2007.
  61. ^ Weiss, Rick (17 de outubro de 2006). "Cientistas Anunciam Criação do Elemento Atômico, o Mais Pesado Ainda" . Washington Post . Arquivado do original em 21 de agosto de 2011.
  62. ^ a b Sills, Alan D. (2003). Ciências da Terra da maneira mais fácil . Série Educacional de Barron. pp.  131–134 . ISBN 978-0-7641-2146-3. OCLC  51543743 .
  63. ^ Dumé, Belle (23 de abril de 2003). "Bismuto quebra o recorde de meia-vida para decadência alfa" . Physics World. Arquivado do original em 14 de dezembro de 2007.
  64. ^ Lindsay, Don (30 de julho de 2000). "Radioactives Missing From The Earth" . Arquivo Don Lindsay. Arquivado do original em 28 de abril de 2007.
  65. ^ Tuli, Jagdish K. (abril de 2005). “Cartões de carteira nucleares” . Centro Nacional de Dados Nucleares, Laboratório Nacional de Brookhaven. Arquivado do original em 3 de outubro de 2011.
  66. ^ CRC Handbook (2002).
  67. ^ Krane, K. (1988). Física Nuclear Introdutória . John Wiley & Sons . pp.  68 . ISBN 978-0-471-85914-7.
  68. ^ a b Mills, Ian; Cvitaš, Tomislav; Homann, Klaus; Kallay, Nikola; Kuchitsu, Kozo (1993). Quantidades, unidades e símbolos em físico-química (2ª ed.). Oxford: União Internacional de Química Pura e Aplicada , Comissão de Terminologia e Unidades de Símbolos Físico-Químicos , Publicações Científicas Blackwell. p. 70 . ISBN 978-0-632-03583-0. OCLC  27011505 .
  69. ^ Chieh, Chung (22 de janeiro de 2001). "Estabilidade do Nuclídeo" . University of Waterloo. Arquivado do original em 30 de agosto de 2007.
  70. ^ "Pesos atômicos e composições isotópicas para todos os elementos" . Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. Arquivado do original em 31 de dezembro de 2006 . Página visitada em 4 de janeiro de 2007 .
  71. ^ Audi, G .; Wapstra, AH; Thibault, C. (2003). "Avaliação da massa atômica Ame2003 (II)" (PDF) . Nuclear Physics A . 729 (1): 337–676. Bibcode : 2003NuPhA.729..337A . doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.003 . Arquivado (PDF) do original em 16 de outubro de 2005.
  72. ^ Ghosh, DC; Biswas, R. (2002). "Cálculo teórico de raios absolutos de átomos e íons. Parte 1. Os raios atômicos" . Int. J. Mol. Sci . 3 (11): 87–113. doi : 10.3390 / i3020087 .
  73. ^ Shannon, RD (1976). "Revisado raios iônicos efetivos e estudos sistemáticos de distâncias interatômicas em haletos e calcogenetos" (PDF) . Acta Crystallographica Uma . 32 (5): 751–767. Bibcode : 1976AcCrA..32..751S . doi : 10.1107 / S0567739476001551 .
  74. ^ Dong, Judy (1998). "Diâmetro de um átomo" . The Physics Factbook. Arquivado do original em 4 de novembro de 2007.
  75. ^ Zumdahl, Steven S. (2002). Introductory Chemistry: A Foundation (5ª ed.). Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-34342-3. OCLC  173081482 . Arquivado do original em 4 de março de 2008.
  76. ^ Bethe, Hans (1929). "Termaufspaltung in Kristallen". Annalen der Physik . 3 (2): 133–208. Bibcode : 1929AnP ... 395..133B . doi : 10.1002 / andp.19293950202 .
  77. ^ Birkholz, Mario (1995). "Dípolos induzidos por campos de cristal em cristais heteropolares - I. conceito" . Z. Phys. B . 96 (3): 325–332. Bibcode : 1995ZPhyB..96..325B . CiteSeerX 10.1.1.424.5632 . doi : 10.1007 / BF01313054 . S2CID 122527743 .  
  78. ^ Birkholz, M .; Rudert, R. (2008). "Distâncias interatômicas em dissulfetos de estrutura de pirita - um caso para modelagem elipsoidal de íons de enxofre" (PDF) . Physica Estado Solidi B . 245 (9): 1858–1864. Bibcode : 2008PSSBR.245.1858B . doi : 10.1002 / pssb.200879532 .
  79. ^ Birkholz, M. (2014). "Modelando a forma de íons em cristais do tipo pirita" . Cristais . 4 (3): 390–403. doi : 10.3390 / cryst4030390 .
  80. ^ Pessoal (2007). "Pequenos milagres: Aproveitando a nanotecnologia" . Oregon State University. Arquivado do original em 21 de maio de 2011. - descreve a largura de um cabelo humano como 10 5  nm e 10 átomos de carbono abrangendo 1 nm.
  81. ^ Padilla, Michael J .; Miaoulis, Ioannis; Cyr, Martha (2002). Prentice Hall Science Explorer: blocos de construção químicos . Upper Saddle River, New Jersey: Prentice-Hall, Inc. p. 32. ISBN 978-0-13-054091-1. OCLC  47925884 . Existem 2.000.000.000.000.000.000.000 (isto é, 2 sextilhões) de átomos de oxigênio em uma gota de água - e o dobro de átomos de hidrogênio.
  82. ^ Feynman, Richard (1995). Seis peças fáceis . O Grupo Penguin. p. 5. ISBN 978-0-14-027666-4. OCLC  40499574 .
  83. ^ a b "Radioatividade" . Splung.com. Arquivado do original em 4 de dezembro de 2007 . Página visitada em 19 de dezembro de 2007 .
  84. ^ L'Annunziata, Michael F. (2003). Handbook of Radioactivity Analysis . Academic Press. pp.  3 –56. ISBN 978-0-12-436603-9. OCLC  16212955 .
  85. ^ Firestone, Richard B. (22 de maio de 2000). "Modos de decaimento radioativo" . Laboratório de Berkeley. Arquivado do original em 29 de setembro de 2006.
  86. ^ Hornak, JP (2006). "Capítulo 3: Spin Physics" . Noções básicas de RMN . Rochester Institute of Technology. Arquivado do original em 3 de fevereiro de 2007.
  87. ^ a b Schroeder, Paul A. (25 de fevereiro de 2000). "Propriedades magnéticas" . University of Georgia. Arquivado do original em 29 de abril de 2007.
  88. ^ Goebel, Greg (1º de setembro de 2007). "[4.3] Propriedades magnéticas do átomo" . Física Quântica Elementar . No site de domínio público. Arquivado do original em 29 de junho de 2011.
  89. ^ Yarris, Lynn (primavera de 1997). "Talking Pictures" . Revisão de pesquisa do Berkeley Lab . Arquivado do original em 13 de janeiro de 2008.
  90. ^ Liang, Z.-P .; Haacke, EM (1999). Webster, JG (ed.). Enciclopédia de Engenharia Elétrica e Eletrônica: Imagem por Ressonância Magnética . 2 . John Wiley & Sons. pp. 412–426. ISBN 978-0-471-13946-1.
  91. ^ Zeghbroeck, Bart J. Van (1998). "Níveis de energia" . Shippensburg University. Arquivado do original em 15 de janeiro de 2005.
  92. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introdução à Óptica Moderna . Publicações Courier Dover. pp.  227 -233. ISBN 978-0-486-65957-2. OCLC  18834711 .
  93. ^ Martin, WC; Wiese, WL (maio de 2007). "Espectroscopia Atômica: Um Compêndio de Idéias Básicas, Notação, Dados e Fórmulas" . Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. Arquivado do original em 8 de fevereiro de 2007.
  94. ^ "Espectros de Emissão Atômica - Origem das Linhas Espectrais" . Site da Avogadro. Arquivado do original em 28 de fevereiro de 2006 . Página visitada em 10 de agosto de 2006 .
  95. ^ Fitzpatrick, Richard (16 de fevereiro de 2007). "Estrutura fina" . Universidade do Texas em Austin. Arquivado do original em 21 de agosto de 2011.
  96. ^ Weiss, Michael (2001). "O efeito Zeeman" . Universidade da Califórnia-Riverside. Arquivado do original em 2 de fevereiro de 2008.
  97. ^ Beyer, HF; Shevelko, VP (2003). Introdução à Física de Íons Altamente Carregados . CRC Press. pp. 232–236. ISBN 978-0-7503-0481-8. OCLC  47150433 .
  98. ^ Watkins, Thayer. “Coerência na Emissão Estimulada” . Universidade Estadual de San José. Arquivado do original em 12 de janeiro de 2008 . Página visitada em 23 de dezembro de 2007 .
  99. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2o ed. (o "Livro do Ouro") (1997). Versão corrigida online: (2006–) " valência ". doi : 10.1351 / goldbook.V06588
  100. ^ Reusch, William (16 de julho de 2007). "Virtual Textbook of Organic Chemistry" . Michigan State University. Arquivado do original em 29 de outubro de 2007.
  101. ^ "Ligação covalente - Ligações simples" . chemguide. 2000. Arquivado do original em 1 de novembro de 2008.
  102. ^ Husted, Robert; et al. (11 de dezembro de 2003). “Tabela Periódica dos Elementos” . Laboratório Nacional de Los Alamos. Arquivado do original em 10 de janeiro de 2008.
  103. ^ Baum, Rudy (2003). "É Elemental: A Tabela Periódica" . Notícias de Química e Engenharia . Arquivado do original em 21 de agosto de 2011.
  104. ^ Goodstein, David L. (2002). Estados da matéria . Publicações Courier Dover. pp.  436 -438. ISBN 978-0-13-843557-8.
  105. ^ Brazhkin, Vadim V. (2006). "Fases metaestáveis, transformações de fase e diagramas de fase em física e química". Physics-Uspekhi . 49 (7): 719–724. Bibcode : 2006PhyU ... 49..719B . doi : 10.1070 / PU2006v049n07ABEH006013 .
  106. ^ Myers, Richard (2003). Noções básicas de química . Greenwood Press. p. 85 . ISBN 978-0-313-31664-7. OCLC  50164580 .
  107. ^ Pessoal (9 de outubro de 2001). "Condensado de Bose-Einstein: uma nova forma de matéria" . Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. Arquivado do original em 3 de janeiro de 2008.
  108. ^ Colton, Imogen; Fyffe, Jeanette (3 de fevereiro de 1999). "Super Atoms from Bose-Einstein Condensation" . A Universidade de Melbourne. Arquivado do original em 29 de agosto de 2007.
  109. ^ Jacox, Marilyn; Gadzuk, J. William (novembro de 1997). "Microscópio de Tunelamento de Varredura" . Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. Arquivado do original em 7 de janeiro de 2008.
  110. ^ "O Prêmio Nobel de Física 1986" . A Fundação Nobel. Arquivado do original em 17 de setembro de 2008 . Página visitada em 11 de janeiro de 2008 . Em particular, veja a palestra Nobel de G. Binnig e H. Rohrer.
  111. ^ Jakubowski, N .; Moens, Luc; Vanhaecke, Frank (1998). "Espectrômetros de massa de campo de setor em ICP-MS". Spectrochimica Acta Parte B: Espectroscopia Atômica . 53 (13): 1739–1763. Bibcode : 1998AcSpe..53.1739J . doi : 10.1016 / S0584-8547 (98) 00222-5 .
  112. ^ Müller, Erwin W .; Panitz, John A .; McLane, S. Brooks (1968). "O microscópio de íons de campo da sonda atômica". Revisão de instrumentos científicos . 39 (1): 83–86. Bibcode : 1968RScI ... 39 ... 83M . doi : 10.1063 / 1.1683116 .
  113. ^ Lochner, Jim; Gibb, Meredith; Newman, Phil (30 de abril de 2007). "O que os espectros nos dizem?" . NASA / Goddard Space Flight Center. Arquivado do original em 16 de janeiro de 2008.
  114. ^ Inverno, Mark (2007). "Hélio" . WebElements. Arquivado do original em 30 de dezembro de 2007.
  115. ^ Hinshaw, Gary (10 de fevereiro de 2006). "Do que é feito o universo?" . NASA / WMAP. Arquivado do original em 31 de dezembro de 2007.
  116. ^ Choppin, Gregory R .; Liljenzin, Jan-Olov; Rydberg, Jan (2001). Radiochemistry and Nuclear Chemistry . Elsevier. p. 441. ISBN 978-0-7506-7463-8. OCLC  162592180 .
  117. ^ Davidsen, Arthur F. (1993). "Far-Ultraviolet Astronomy on the Astro-1 Space Shuttle Mission". Ciência . 259 (5093): 327–334. Bibcode : 1993Sci ... 259..327D . doi : 10.1126 / science.259.5093.327 . PMID 17832344 . S2CID 28201406 .  
  118. ^ Lequeux, James (2005). O meio interestelar . Springer. p. 4 . ISBN 978-3-540-21326-0. OCLC  133157789 .
  119. ^ Smith, Nigel (6 de janeiro de 2000). "A busca pela matéria escura" . Physics World. Arquivado do original em 16 de fevereiro de 2008.
  120. ^ Croswell, Ken (1991). “Boro, saliências e o Big Bang: a matéria se espalhou uniformemente quando o Universo começou? Talvez não; as pistas estão na criação de elementos mais leves como o boro e o berílio” . New Scientist (1794): 42. Arquivado do original em 7 de fevereiro de 2008.
  121. ^ Copi, Craig J .; Schramm, DN; Turner, MS (1995). "Big-Bang Nucleosynthesis and the Baryon Density of the Universe" . Ciência (manuscrito enviado). 267 (5195): 192–199. arXiv : astro-ph / 9407006 . Bibcode : 1995Sci ... 267..192C . doi : 10.1126 / science.7809624 . PMID 7809624 . S2CID 15613185 . Arquivado do original em 14 de agosto de 2019.  
  122. ^ Hinshaw, Gary (15 de dezembro de 2005). "Testes do Big Bang: os elementos leves" . NASA / WMAP. Arquivado do original em 17 de janeiro de 2008.
  123. ^ Abbott, Brian (30 de maio de 2007). "Pesquisa All-Sky por Microondas (WMAP)" . Hayden Planetarium. Arquivado do original em 13 de fevereiro de 2013.
  124. ^ Hoyle, F. (1946). “A síntese dos elementos do hidrogênio” . Avisos mensais da Royal Astronomical Society . 106 (5): 343–383. Bibcode : 1946MNRAS.106..343H . doi : 10.1093 / mnras / 106.5.343 .
  125. ^ Knauth, DC; Knauth, DC; Lambert, David L .; Crane, P. (2000). "Lítio recentemente sintetizado no meio interestelar". Nature . 405 (6787): 656–658. Bibcode : 2000Natur.405..656K . doi : 10.1038 / 35015028 . PMID 10864316 . S2CID 4397202 .  
  126. ^ Mashnik, Stepan G. (2000). "No Sistema Solar e nos Raios Cósmicos, Nucleosíntese e Processos de Espalação". arXiv : astro-ph / 0008382 .
  127. ^ Estudo geológico de Kansas (4 de maio de 2005). "Idade da Terra" . University of Kansas. Arquivado do original em 5 de julho de 2008.
  128. ^ a b Manuel (2001). Origem dos elementos do sistema solar , pp. 407-430, 511-519
  129. ^ Dalrymple, G. Brent (2001). “A era da Terra no século XX: um problema (principalmente) resolvido” . Geological Society, London, Special Publications . 190 (1): 205–221. Bibcode : 2001GSLSP.190..205D . doi : 10.1144 / GSL.SP.2001.190.01.14 . S2CID 130092094 . Arquivado do original em 11 de novembro de 2007. 
  130. ^ Anderson, Don L .; Foulger, GR; Meibom, Anders (2 de setembro de 2006). "Hélio: Modelos fundamentais" . MantlePlumes.org. Arquivado do original em 8 de fevereiro de 2007.
  131. ^ Pennicott, Katie (10 de maio de 2001). "O relógio de carbono pode mostrar a hora errada" . PhysicsWeb. Arquivado do original em 15 de dezembro de 2007.
  132. ^ Yarris, Lynn (27 de julho de 2001). "Novos elementos superpesados ​​118 e 116 descobertos no Berkeley Lab" . Berkeley Lab. Arquivado do original em 9 de janeiro de 2008.
  133. ^ Diamante, H; et al. (1960). "Abundâncias de isótopos pesados ​​no dispositivo termonuclear de Mike". Revisão física . 119 (6): 2000–2004. Bibcode : 1960PhRv..119.2000D . doi : 10.1103 / PhysRev.119.2000 .
  134. ^ Poston Sr., John W. (23 de março de 1998). "Os elementos transurânicos, como o plutônio, ocorrem naturalmente?" . Scientific American . Arquivado do original em 27 de março de 2015.
  135. ^ Keller, C. (1973). "Ocorrência natural de lantanídeos, actinídeos e elementos superpesados". Chemiker Zeitung . 97 (10): 522–530. OSTI 4353086 . 
  136. ^ Zaider, Marco; Rossi, Harald H. (2001). Ciência da radiação para médicos e profissionais de saúde pública . Springer. p. 17 . ISBN 978-0-306-46403-4. OCLC  44110319 .
  137. ^ "Reatores fósseis de Oklo" . Curtin University of Technology. Arquivado do original em 18 de dezembro de 2007 . Página visitada em 15 de janeiro de 2008 .
  138. ^ Weisenberger, Drew. "Quantos átomos existem no mundo?" . Jefferson Lab. Arquivado do original em 22 de outubro de 2007 . Página visitada em 16 de janeiro de 2008 .
  139. ^ Pidwirny, Michael. "Fundamentos da Geografia Física" . Universidade de British Columbia Okanagan. Arquivado do original em 21 de janeiro de 2008 . Página visitada em 16 de janeiro de 2008 .
  140. ^ Anderson, Don L. (2002). "O núcleo interno da Terra" . Proceedings of the National Academy of Sciences . 99 (22): 13966–13968. Bibcode : 2002PNAS ... 9913966A . doi : 10.1073 / pnas.232565899 . PMC 137819 . PMID 12391308 .  
  141. ^ Pauling, Linus (1960). A natureza da ligação química . Cornell University Press. pp. 5-10. ISBN 978-0-8014-0333-0. OCLC  17518275 .
  142. ^ Anônimo (2 de outubro de 2001). “Segundo cartão postal da Ilha da Estabilidade” . CERN Courier . Arquivado do original em 3 de fevereiro de 2008.
  143. ^ Karpov, AV; Zagrebaev, VI; Palenzuela, YM; et al. (2012). "Propriedades de decaimento e estabilidade dos elementos mais pesados" (PDF) . International Journal of Modern Physics E . 21 (2): 1250013-1–1250013-20. Bibcode : 2012IJMPE..2150013K . doi : 10.1142 / S0218301312500139 .
  144. ^ "Elemento superpesado 114 confirmado: um trampolim para a ilha da estabilidade" . Berkeley Lab . 2009
  145. ^ Möller, P. (2016). "Os limites do gráfico nuclear definidos pela fissão e decadência alfa" (PDF) . EPJ Web of Conferences . 131 : 03002-1–03002-8. Bibcode : 2016EPJWC.13103002M . doi : 10.1051 / epjconf / 201613103002 .
  146. ^ Koppes, Steve (1 de março de 1999). "Fermilab Physicists Find New Matter-Antimatter Asymmetry" . Universidade de Chicago. Arquivado do original em 19 de julho de 2008.
  147. ^ Cromie, William J. (16 de agosto de 2001). "Uma vida de trilionésimos de segundo: os cientistas exploram a antimatéria" . Harvard University Gazette . Arquivado do original em 3 de setembro de 2006.
  148. ^ Hijmans, Tom W. (2002). "Física de partículas: Anti-hidrogênio frio" . Nature . 419 (6906): 439–440. Bibcode : 2002Natur.419..439H . doi : 10.1038 / 419439a . PMID 12368837 . 
  149. ^ Pessoal (30 de outubro de 2002). "Pesquisadores 'olham para dentro' da antimatéria" . BBC News . Arquivado do original em 22 de fevereiro de 2007.
  150. ^ Barrett, Roger (1990). "O estranho mundo do átomo exótico" . New Scientist (1728): 77-115. Arquivado do original em 21 de dezembro de 2007.
  151. ^ Indelicato, Paul (2004). "Átomos exóticos" . Physica Scripta . T112 (1): 20–26. arXiv : física / 0409058 . Bibcode : 2004PhST..112 ... 20I . doi : 10.1238 / Physica.Topical.112a00020 . S2CID 11134265 . Arquivado do original em 4 de novembro de 2018. 
  152. ^ Ripin, Barrett H. (julho de 1998). "Experiências recentes em átomos exóticos" . American Physical Society. Arquivado do original em 23 de julho de 2012.

Bibliografia

Leitura adicional

links externos