Princípio da incerteza de Heisenberg

Segundo Werner Heisenberg, para encontrar a posição correta de um elétron, é necessário que ele interaja com algum instrumento de medida, como por exemplo, uma radiação. A radiação deve ter um comprimento de onda na ordem da incerteza com que se quer determinar esta posição.
Quanto menor for o comprimento de onda, maior é a precisão do local onde está o elétron.
Quando se consegue descobrir o local provável onde está o elétron, este elétron já não estará neste local.

Modelo Atual

Segundo Heisenberg, é difícil se prever a posição correta de um elétron na sua eletrosfera. Schrodinger em 1926 calculou a região mais provável onde o elétron possa estar. Para essa região deu o nome de orbital.
Orbital – região do espaço que está ao redor do núcleo, onde há máxima probabilidade de se encontrar um elétron.
É importante ressaltar que não se pode ver um átomo isolado exatamente como foi descrito nos modelos atômicos. Algumas técnicas utilizadas por supercomputadores mostram manchas coloridas, mostrando a localização dos átomos de um determinado material. Essas imagens são obtidas por um microscópio de tunelamento que pode aumentar até 28 milhões de vezes.
De acordo com o modelo de Rutherford-Bohr, o átomo apresenta níveis de energia ou camadas energéticas, onde cada nível possui um número máximo de elétrons. O número do nível representa o número quântico principal (n).
Cada nível está dividido em subníveis de energia s, p, d, f.
Representam o número quântico secundário ou azimutal (l).

SUBNÍVEL	s	p	d	f
NÚMERO QUÂNTICO	0	1	2	3
NÚMERO MÁX DE é	2	6	10	14

O subnível indica a forma da região no espaço onde está o elétron.
As siglas s, p, d, f vem das palavras em inglês sharp, principal, diffuse e fine, respectivamente.

Número máximo de elétrons em cada subnível:

K = 1 ; 1s²
L = 2 ; 2s²   2p6
M = 3 ; 3s²  3p6 3d10
N = 4 ; 4s²  4p6 4d10 4f14
O = 5 ; 5s²  5p6 5d10 5f14
P = 6 ; 6s²  6 p6 6d10
Q = 7 ; 7s²

O diagrama acima mostra a notação utilizada para indicar o número de elétrons em um nível e em um subnível.

Exemplos:
1s² - 2 é no subnível s do nível 1 (K)
2p3  - 3 é no subnível p do nível 2 (L)
5d6 – 6 é no subnível d do nível 5 (O)

Os orbitais são identificados pelo número quântico magnético (m). Indica a orientação desse orbital no espaço. Para cada valor de “l” (subnível), m assume valores inteiros que variam de – l ..., O,... +l

Assim:

s – 1
p – 3
d – 5
f – 7

Cada orbital é representado simbolicamente por um quadradinho. Então eles podem ser assim:

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3

Em cada orbital pode conter no máximo dois elétrons.
Mas se os elétrons são cargas negativas, porque eles não se repelem e se afastam?
Se os elétrons giram no mesmo sentido ou em sentido contrário, eles criam campo magnético que os repelem ou os atraem. Essa rotação é chamada de SPIN, palavra em inglês derivada do verbo to spin, que significa girar.

Andressa Santos

Modelo de Broglie

O cientista francês Louis de Broglie estudou a natureza das ondas dos elétrons.
Pare ele, a matéria é formada ora por corpúsculos, as partículas ora como onda. Esta é a teoria da dualidade. Suas teorias foram baseadas nos estudos de Albert Einstein e também de Max Planck.
Ele introduz o conceito da mecânica ondulatória.
Neste momento o elétron é visto como uma partícula-onda.

Andressa Santos

Modelo de Schrodinger

Erwin Schrodinger foi um importante físico austríaco que desenvolveu uma importante equação para o campo da Teoria Quântica, a Equação de Schrodinger. 

O físico tentou descrever o movimento de onda, já que Louis De Broglie havia afirmado que a matéria se comportava como onda e como partícula (comportamento dualístico). Chegou então à famosa equação que tomou seu nome, vindo a ser a fórmula básica da mecânica ondulatória, e valendo-lhe a obtenção do prêmio Nobel, juntamente com o físico inglês Paul Dirac, em 1933.

Andressa Santos

 

Vídeo sobre a constituição da matéria que mostra as partes internas do átomo dando enfase a constituição dos prótons e nêutrons pelos quarks.


Sara Fernandes

 

Quarks

A ideia de que a parte mínima da matéria era o átomo foi proposta ainda no século V a.C. pelo filósofo grego Demócrito e perdurou até o início do século XX. Mais recentemente, em 1964, o norte-americano Murray Gell-Mann (1929-), sugeriu outra hipótese: a matéria poderia ser subdividida em partes ainda menores, chamadas por ele de quarks. Atualmente sabe-se que existem seis tipos de quarks. Desse total, apenas dois entram na composição de prótons e nêutrons. Os demais existiram apenas nos primeiros momentos da criação do Universo e só podem ser recriados dentro dos aceleradores de partículas. Os aceleradores são longas pistas circulares onde os físicos lançam pedaços minúsculos de matéria e de antimatéria, uns contra os outros.
Impulsionadas por um fortíssimo campo magnético criado por potentes eletroímãs, as partículas viajam a uma velocidade próxima à da luz (300 mil km/s). Ao se chocarem, elas se estraçalham em ínfimos pedaços que duram frações mínimas de segundo.
OS SEIS QUARKS
Up (para cima) – É o mais leve dos quarks. Cada próton possui dois up em seu interior. Cada nêutron, um.

Down (para baixo) – Faz dupla com o up na constituição da matéria. Cada próton tem um down e cada nêutron, dois.

Charm (charme) – Maior que o up e o down, só aparece em aceleradores de partículas, por um milionésimo de milionésimo de segundo.

Strange (estranho) – Par do charm, é também pesado demais para se manter inteiro na natureza. Só existiu nos primeiros momentos da criação do Universo.

Top (topo) – O mais pesado dos quarks, tem massa igual à de um átomo de ouro. Nos aceleradores, sobrevive por apenas 0,0000000000000000000001 segundo.

Bottom (fundo) – Também é pesado demais para existir hoje. Nos aceleradores, dura apenas um milionésimo de milionésimo de segundo.


Por: Sara

Protons e neutrons são feitos de quarks.

Tudo que sabemos sobre o tamanho dos quarks é que ele é muito pequeno para se medir com os aceleradores atuais e os métodos experimentais
existentes. Logo, os teóricos os tratam como se fossem partículas pontuais.

Modelo Padrão
Quando incluimos elétrons, neutrinos, e as forças elétricas e fracas em nosso modelo, podemos descrever tudo sobre a matéria: o nucleo, os núcleos, os átomos, incluindo a química e a biologia. Esta descrição teórica abrangente da matéria é chamada de modelo padrão.
Toda a matéria do dia a dia é composta destas partículas, quando adicionamos o elétron e os neutrinos aos quarks. Estas partículas interagem por troca de partículas especiais chamadas de bósons.
Existem mais duas gerações nas quais as partículas são agrupadas da mesma maneira e interagem trocando o mesmo conjunto de bósons, com a diferença sendo que as partículas são mais pesadas. As propriedades destas outras gerações são estudadas em física de altas energias.


Sara Fernandes

Glúons

Os glúons, mais uma espécie de partículas fundamentais – mas desprovidos de massa ou carga elétrica-, são os mediadores das interações entre os quarks, funcionando como uma “cola” (glue – em inglês) que os mantêm unidos. Portanto, são os glúons que “seguram” os quarks Up e Down de modo a constituir os prótons e os nêutrons. Dessa interação glúon-quark é originada a força nuclear forte – que tem como papel fundamental manter os quarks juntos uns aos outros, bem como os nêutrons e prótons no núcleo atômico.

O tempo de vida dos glúons, (assim como dos prótons, nêutrons e quarks) é infinito.

 Por : Sara

Confinamento e propriedades do quark

Cada partícula subatômica é descrita por um pequeno conjunto de números quânticos tais como spin J, paridade P, e massa m. Usualmente estas propriedades são diretamente identificadas por experimentos. Contudo, o confinamento torna impossível medir estas propriedades nos quarks. Ao invés disto, elas devem ser inferidas pela medição das propriedades das partículas compostas que são feitas de quarks. Tais inferências são mais fáceis de serem feitas adicionando números quânticos chamados de sabor (flavor).
As particulas compostas feitas de quarks e antiquarks são os hádrons. Estes incluem os mesons os quais obtêm os seus números quânticos de um quark e de um antiquark, e os baryons, os quais obtêm os seus números quânticos de três quarks. Os quarks (e os antiquarks) que contam para os números quânticos dos hádrons são chamados quark de valência. À parte destes, muitos hádrons devem conter um número indefinido de quarks, antiquarks e glúons virtual os quais contribuem para os seus números quânticos. Cada quark virtual é denominado de mar de quarks.

Por : Sara 

Tamanho do Núcleo Atômico

   Algumas análises supõe que o núcleo pode ser considerado como uma carga pontual, cuja única interação com a partícula a é aquela descrita pela lei de Coulomb. Se a carga positiva contida no átomo estiver na verdade distribuída numa certa região do espaço, e se a partícula a for capaz de penetrar naquela região, desvios entre as predições da teoria e os dados experimentais deverão ser observados. Isto também acontecerá caso outras forças, até aí desconhecidas, entrarem em jogo.

A repulsão eletrostática entre o núcleo e a partícula a mantem esta a uma certa distância mínima r_min do centro do núcleo. Mais especificamente, para uma dada energia total E, a partícula está proibida de penetrar na região na qual a energia potencial U se torna maior que E. A maior aproximação é alcançada quando

(4-11)

ou seja, quando a partícula para e a sua energia cinética se anula. Fica claro que isto só pode ocorrer numa colisão frontal, caracterizada por b = 0 e q = 180^o.

Utilizando a forma (4-3) da energia potencial e resolvendo a equação (4-11), obtemos

(4-12)

Como era de se esperar, para uma dada energia, quanto maior for a carga do núcleo, maior será a distância mínima alcançada pela partícula a. Por esta razão, com as fontes disponíveis na época, não foi possível estabelecer o tamanho dos núcleos dos elementos de grande número atômico - ouro, por exemplo tem Z = 79 - que foram utilizados nos primeiros experimentos. Porém, ao estudar o espalhamento em grandes ângulos por um alvo de número atômico bem menor - alumínio, que tem Z = 13 - foi possível observar desvios dos dados em relação à teoria e estabelecer que a ordem de grandeza do tamanho do núcleo é 10^-15 a 10^-14 metros.

Adriana Pedroso

Modelo Atômico de Demócrito

    Por volta de 400 anos a.C. o filósofo grego Demócrito sugeriu que a matéria não é contínua, isto é, ela é feita de minúsculas partículas indivisíveis. Essas partículas foram chamadas de átomos (a palavra átomo significa, em grego, indivisível).

Demócrito postulou que todas as variedades de matéria resultam da combinação de átomos de quatro elementos: terra, ar, fogo e água.

Demócrito baseou seu modelo na intuição e na lógica. No entanto foi rejeitado por um dos maiores lógicos de todos os tempos, o filosofo Aristóteles. Este reviveu e fortaleceu o modelo de matéria contínua, ou seja, a matéria como "um inteiro".

Os argumentos de Aristóteles permaneceram até a Renascença.

Adriana Pedroso

Vídeo Aula: Modelos Atômicos

Vídeo aula sobre os principais Modelos Atômicos.
De Dalton a Bohr.

Essa vídeo aula passa de modo simples a evolução dos Modelos Atômicos, de Dalton até o modelo de Bohr.

Rafael Costa

Partículas subatômicas

 A matéria no nível subatômico consiste em pequeníssimas partículas, com enormes espaços vazios entre elas.

 Porém nos últimos sessenta anos cientistas vêm descobrindo inúmeras outras partículas e classificando-as em três grupos considerados mais estáveis: os hádrons, léptons e bósons.

 A categoria dos hádrons inclui o próton e o nêutron, além de centenas de partículas efêmeras, produzidas em colisões de alta energia em aceleradores. Os hádrons não são elementares, pois ocupam certo volume no espaço e possuem massa, e segundo a teoria das partículas, são formados por elemestos mais básicos: os quarks.

 Os léptons parecem ser partículas pontuais e sem estrutura (sem tamanho discernível) e portanto realmente fundamentais. Até hoje foram identificados seis tipos, divididos em três famílias, cada uma com um lépton com carga elétrica e um neutrino associado :o elétron é o mais leve e o táon o mais pesado. Cada um dos seis léptons tem seu antilépton de mesma massa, mas carga elétrica oposta. Por exemplo, o pósitron é a antipartícula do elétron. O par partícula-antipartícula ao se aniquilarem irão liberar energia.

 Os bósons são as únicas partículas associadas com a radiação eletromagnética (força responsável por eventos elétricos e magnéticos) que, num limitado espectro de energias é chamado de luz. Esta classe inclue o fóton, energia quantizada da luz.

Atualmente existem dezenas estudos destinados à descoberta de novas partículas, portanto inúmeras partículas, além das citadas acima, já foram ou irão ser descobertas.

Adriana Pedroso

Novas Partículas Elementares

    A descoberta de novas partículas elementares começou a acontecer entre 1932 e 1947. A primeira dessas descobertas foi o neutrino, uma solução teórica do físico italiano Enrico Fermi proposta em 1933 para justificar alguns resultados inexplicáveis até então; mas a confirmação da existência da partícula só aconteceu, experimentalmente, vinte anos mais tarde. 

Outra importante partícula proposta em 1935 pelo físico japonês Hideki Yukawa foi o fóton. Ele postulou que essa partícula era capaz de mediar interações ocorridas entre campos (no campo eletromagnético o fóton já era conhecido), mas poderia haver outras partículas que mediassem outras interações, afinal, são os fótons que informam a uma partícula carregada da existência de outra, para saber se devem se atrair ou repelir.

Além do fóton, a primeira partícula desse tipo foi o píon, descoberto em 1947 por uma equipe de físicos, entre eles o brasileiro César Lattes. Completava-se então neste ano um conjunto composto por catorze partículas elementares, identificadas teórica ou experimentalmente.

Conjunto das catorze partículas elementares

 
Novas partículas elementares descobertas a partir de 1932

Rafael Costa

                                                                                                                        

Modelo da Nuvem Eletrônica (atual)

    No núcleo do átomo estão os protões e os neutrões, enquanto que os eletrões giram em seu redor.  Na figura está representada a nuvem eletrônica de um átomo. Esta nuvem representa a probabilidade de encontrar os eletrões num determinado local do espaço.

     Os eletrões de um átomo ocupam determinados níveis de energia (o número de eletrões em cada nível de energia é expresso pela distribuição eletrônica).

   Os principais cientistas responsáveis por esta proposta foram Heisenberg, Schrödinger e Dirac. No entanto houve também outras contribuições importantes que permitiram que chegássemos ao modelo que hoje consideramos como válido.

                                                           

                                                                       Modelo Atual

Rafael Costa

O Modelo Padrão da Fisica de Partículas

O modelo padrão da Física de Partículas é uma teoria que descreve as forças fundamentais fortes,fracas e eletromagnéticas,bem como as partículas fundamentais que fazem toda a matéria. Desenvolvida entre 1970 e 1973, é uma teoria quânticas de campos , consistentes com a mecânica quântica e a relatividade espacial. Há duas partículas fundamentais:

*Os férmions são partículas que constituem a matéria, com spin semi-inteiro e que obedecem o principio de exclusão de Pauli , no qual férmions idênticos não podem compartilhar do mesmo estado quântico.Na matéria ordinária do próton, do nêutron e do elétron,apenas o último é uma partícula fundamental. O próton e o nêutron são agregados de umas particulas menores conhecidas como quarks, que são mantidos juntos pela interação forte.Assim os férmions são:

¹ Os Léptons (elétron,múon,tau, e seus neutrinos).

²Os Quarks (up,down,charm,strange,top e bottom)

*Os bósons são os transmissores das interações na natureza,possuem o spin inteiro e não obedecem o principio de exclusão de Pauli, são:

¹Os fótons, que mediam a interação eletromagnética.

²Os bósons ,que induzem a quebra espontânea de simetria dos grupos de calibres e são responsáveis pela existência da massa inercial.

Andressa Santos

O MODELO ATÔMICO DE BOHR

O modelo do físico dinamarquês Niels Bohr tentava dar continuidade ao trabalho feito por Rutherford. Para explicar os erros do modelo anterior, Bohr sugeriu que o átomo possui energia quantizada. Cada elétron só pode ter determinada quantidade de energia, por isso ele é quantizada.

O modelo de Bohr representa os níveis de energia. Cada elétron possui a sua energia. É comparado às orbitas dos planetas do Sistema Solar, onde cada elétron possui a sua própria órbita e com quantidades de energia  já determinadas. 

As leis da física clássica não se enquadram neste modelo. Quando um elétron salta de um nível menor para um nível mais elevado, ele absorve energia e quando ele retorna para um nível menor, o elétron emite uma radiação em forma de luz.

Bohr organizou os elétrons em camadas ou níveis de energia.
Cada camada possui um nome e deve ter um número máximo de elétron.
Existem sete camadas ou níveis de energia ao redor do núcleo: K, L, M, N, O, P, Q.
Observe a tabela que mostra o nome das camadas, o seu número quântico e o número máximo de elétrons em cada uma destas camadas:

	N° QUÂNTICO	N ° MÁXIMO DE é
K	1	2
L	2	8
M	3	18
N	4	32
O	5	32
P	6	18
Q	7	2

ANDRESSA SANTOS

Modelo Atômico de Rutherford

Conceito do Modelo Atômico de Rutherford: 

Um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado positivamente e rodeado por uma grande eletrosfera, que é uma região envolta do núcleo que contém elétrons. No núcleo está concentrada a carga positiva e a maior parte da massa do átomo. 
O átomo proposto por Rutherford é o que mais se aproxima do modelo atômico utilizado atualmente.

O cientista Ernest Rutherford, nascido na Nova Zelândia, propôs um modelo atômico baseando-se em experimentos com radioatividade. Através de seus estudos concluiu que elementos são radioativos e emitem radiação de alta energia em forma de partículas alfa, partículas beta e raios gama. Para comprovar essa Teoria ele realizou um experimento bem curioso, veja: 




Um fluxo de partículas alfa (α) é emitido pelo elemento radioativo Polônio (Po) (fonte de partículas alfa) em lâminas de ouro. Ele observou que as partículas alfa atravessavam a lâmina em linha reta, mas algumas se desviavam e se espalhavam.

Através dessas observações, Rutherford criou seu próprio modelo atômico que acabou substituindo o modelo de Thompson. 

Adriana Pedroso

Modelo Atômico de Thomson

   Em 1898, o físico inglês Joseph John Thomson, realizou experimentos científicos com descargas elétricas de gases e com a radioatividade, e sugeriu um modelo atômico. 
Segundo ele, como a tendência da matéria é ficar neutra, o número de cargas positivas teria que ser igual ao número de cargas negativas. 
   O modelo atômico de Thomson foi baseado em experiências com tubos de raios catódicos, na qual foram estudadas descargas elétricas através de um tubo que continha gás rarefeito (em baixa pressão) e na qual se observava no interior uma fluorescência esverdeada, que era independente da natureza do gás e do metal que formava os elétrodos. Essa fluorescência resultava de partículas com carga elétrica negativa, que vinham do cátodo (elétrodo positivo), que chocavam no vidro do tubo e que se designaram por eletrões.

Neste modelo, o átomo é composto de eletrões (negativos) embebidos numa sopa de carga positiva. 

Rafael Costa

Modelo Atômico de Dalton

  Em 1808, Dalton propôs a teoria do modelo atômico, onde o átomo é uma minúscula esfera maciça, impenetrável, indestrutível e indivisível. Todos os átomos de um mesmo elemento químico são idêntico
 

 Dalton fundamentava seu modelo através de alguns conceitos:

1. Tudo que existe na natureza é formado por pequenas partículas microscópicas denominadas átomos;
2. Estas partículas, os átomos, são indivisíveis (não é possível seccionar um átomo) e indestrutíveis (não se consegue destruir mecanicamente um átomo);
3. O número de tipos de átomos (respectivos a cada elemento) diferentes possíveis é pequeno;
4. Átomos de elementos iguais sempre apresentam características iguais, bem como átomos de elementos diferentes apresentam características diferentes. Sendo que, ao combiná-los, em proporções definidas, definimos toda a matéria existente no universo;
5. Os átomos assemelham-se a esferas maciças que se dispõem através de empilhamento;
6. Durante as reações químicas, os átomos permaneciam inalterados. Apenas configuram outro arranjo;

Adriana Pedroso

Estrutura de um Átomo

Os átomos são compostos de, pelo menos, um próton e um elétron. Podendo apresentar nêutrons (na verdade, apenas o átomo de hidrogênio não possui nêutron: é apenas um elétron girando em torno de um próton).

• Elétrons – Os elétrons são partículas de massa muito pequena (cerca de 1840 vezes menor que a massa do próton. Ou aproximadamente 9,1.10^-28g) dotados de carga elétrica negativa: -1,6.10^-19C. Movem-se muito rapidamente ao redor do núcleo atômico, gerando campos eletromagnéticos.
• Prótons – Os prótons são partículas que, junto aos nêutrons, formam o núcleo atômico. Possuem carga positiva de mesmo valor absoluto que a carga dos elétrons; assim, um próton e um elétron tendem a se atrair eletricamente.
• Nêutrons – Os nêutrons, junto aos prótons, formam o núcleo atômico. E, como possuem massa bastante parecida, perfazem 99,9% de toda a massa do átomo. Possuem carga elétrica nula (resultante das sub-partículas que os compõem), e são dispostos estrategicamente no núcleo de modo a estabilizá-lo: uma vez que dois prótons repelem-se mutuamente, a adição de um nêutron (princípio da fissão nuclear) causa instabilidade elétrica e o átomo se rompe.

Os elétrons estão dispostos em 8 camadas que constituem a eletrosfera. Para cada camada, determinado número de subníveis (orbitais) são preenchidos. A mais externa é chamada camada de valência, sendo também a mais energética.

Rafael Costa