Origem única de todas as coisas: "Tudo é água"

(1)

A H I S T Ó R I A DO

Á T O M O

(2)

Tales deMileto A H I S T Ó R I A DO

Á T O M O

Tales

(625-558 a.c.) Anaxímenes(585-528/5 a.c.)

AGUA

AR

Jenofánes

(570-475 a.c.)

AGUA+TERRA

QUATRO

ELEMENTOS

Empédocles

(490-430a.c.)

AGUA

AR

“Tudo provém

do ar e retorna

ao ar”.

Origem

única de

todas as

coisas:

"Tudo é

água"

AGUA+TERRA

“Todas as coisas,

inclusive o

homem, são

formados de

terra e ar”.

TERRA, ÁGUA, AR

e FOGO

,

seriam os

componentes últimos das coisas,

ora reunidos sob a atração do

Amor, ora separados pela força da

Discórdia (ou do Ódio), os dois

princípios cósmicos

fundamentais.

(3)

Texto1 -Tales

• O atomismo dos antigos gregos se apóia num raciocínio lógico de acordo com o que se

observa da natureza: os gregos não se preocupavam em ver os átomos - no sentido de

testar-lhes os efeitos - ao menos não faziam disso uma condição fundamental para

certificarem-se de sua existência. O que realmente lhes importava “era que aquilo que

imaginavam, bastante engenhosamente, resultasse em efeitos sensíveis, observáveis: a

imaginação pode corresponder à realidade, contanto que se imponha a si mesma

regras lógicas”(1).

• TALES, de Mileto – Filósofo - Grécia

: A primeira noticia sobre alguém que tivesse se

preocupado com o universo minúsculo data do século VI a.C. Conta-se que o filósofo Tales (640-546 a.C.),

Séc. V a.c.

A H I S T Ó R I A DO

Á T O M O

(4)

Leucipo e Democritus A H I S T Ó R I A DO

Á T O M O

Leucipo

(460-370 a.c.) Demócritus (470-380 a.c.)

"Nada deriva do acaso,

mas tudo de uma razão

sob a necessidade."

Consideravam que todas as coisas do

Universo eram formadas por um

único tipo de partícula –

O ATOMO

(5)

Texto2 -Leucipi

• Leucipo, de Abdera – Filósofo – Ásia Menor

: Ele defendia que o universo é constituído por elementos indivisíveis cujo movimento produz ou destrói os objetos, por união ou separação - e pelo vazio. Leucipo não deixou registros de suas idéias, e sua teoria sobreviveu graças a seu seguidor,

Demócrito

– Filósofo

(460-370 a.C.), que melhorou o conceito, afirmando que o universo é formado por um

número infinito de elementos invisíveis, por serem muito pequenos e indivisíveis, pois se fossem divisíveis ao infinito, confundir-se-iam com o vazio.

As teorias de Leucipo e Demócrito deram origem ao conceito de que a matéria é constituída por partículas muito pequenas e indivisíveis, chamadas de átomos (do grego, a: 'não' e tomo: 'divisível'). O conceito deles estava certo, no que diz respeito ao tamanho, mas incorreto no que se refere à indivisibilidade. Todavia, foram necessários mais de dois mil anos para que alguém conseguisse provar que não estavam completamente certos, como veremos mais adiante.

Séc. V a.c.

(6)

Á T O M O

Platão, de Atenas

(427-347 a.c.)

Platão

UNIVERSO

Aristóteles

(384-322 a.c.)

AR

AGUA

TERRA

FOGO

OCTAEDRO

ICOSAEDRO

HEXAEDRO

TETRAEDRO

(7)

Texto3 - Platão

• Platão – Filósofo – Grécia

: Platão via no sistema atômico apenas quatro espécies de átomos (teoria dos quatro elementos), sendo estes

água, terra, fogo

e

ar

, que foram submetidos a uma compreensão geométrico-analítica, e passaram a possuir diferentes estruturas geométricas

respectivamente as formas icosaédrica, cúbica, tetraédrica e octaédrica. Assim, as pequenas partículas de cada elemento tinham uma forma especial. A combinação entre elas resultava na imensa variedade das formas naturais. Como cada uma dessas estruturas geométricas possuía um raio, a análise de Platão revelava que o mundo era formado de estruturas matemáticas.

A diferença de tamanho das figuras geométricas ilustrava diferentes espécies de uma mesma “classe”, por exemplo, dentro da classe dos líquidos, o vinho, o mel, e o óleo seriam diferentes pois apresentariam diferentes tamanhos nos seus corpúsculos elementares, embora todos eles fossem icosaédricos.

Cada elemento se distinguia ainda por sua qualidade predominante: o calor para o fogo, o frio para a água, a umidade para o ar e a secura para a terra. Mas os elementos se relacionavam, também, através das qualidades, pois cada um deles possuía outra qualidade, além da predominante. Assim, as qualidades do

Séc. III a.c.

Á T O M O

(8)

Texto4 – Aristóteles

• Aristóteles - Filósofo - Grécia

: Também propôs uma teoria para a constituição da matéria, considerada inadequada nos dias atuais, diante de tudo que se conhece através das ciências. Simpatizante das idéias de outros filósofos (Anaximandro, Heráclito, Empédocles e Platão), Aristóteles acreditava que a base do mundo material era uma entidade para nós misteriosa, por ele chamada de "matéria primitiva", que não era percebida enquanto não tomasse forma. A forma viria a se materializar no que ele definiu como os quatro elementos básicos: fogo, ar, terra e água. Tais elementos eram representados por qualidades físicas, assim denominadas: calor, frio, secura e umidade.

A convicção de que a essência das coisas materiais estaria em alguma entidade eterna, imutável, à parte da matéria, era a base do pensamento metafísico grego (metafísica: palavra de origem grega que designa o pensamento que não se refere diretamente às coisas materiais).

Os filósofos metafísicos acreditavam que os nossos sentidos não seriam capazes de conhecer

completamente as coisas e que os conhecimentos que adquirimos através delas são incompletos, falhos.

Séc. III a.c.

Á T O M O

completamente as coisas e que os conhecimentos que adquirimos através delas são incompletos, falhos. Eles pensavam que a existência do mundo material só seria completamente compreendida com o

conhecimento das essências. Nelas deveria estar a verdadeira origem de tudo.

Para eles, essas essências se materializariam em objetos constituídos pelos quatro elementos, para compor o mundo físico. Por defender essa postura, Aristóteles não apoiou a teoria atomista, que

considerava materialista e simplória, e ainda condenou-a, atacando as idéias de Leucipo e Demócrito. Ele não admitia a possibilidade de existirem espaços vazios, como propunha Leucipo.

(9)

Á T O M O

John Dalton

(1766-1844)

John Dalton

Modelo atômico de Dalton

:

“Bola de Bilhar” - Esférico,

maciço, indestrutível, indivisível,

homogêneo e neutro;

1. Toda matéria é constituída por partículas

fundamentais, os átomos.

2. Os átomos têm a capacidade de se "juntar" (ligar)

e formar "átomos compostos" (= hoje são

chamados moléculas).

(10)

Texto5 - Dalton

• John Dalton – Químico - Inglaterra

: foi o fundador da teoria atômica moderna que esteve na base do desenvolvimento da Química no século 19. Em 1806 publicou um livro onde foi apresentada, pela primeira vez de um modo muito semelhante ao atual, a idéia de que toda a matéria é constituída por partículas.

Os postulados de Dalton são vários, mas podem ser resumidos em três essenciais, nos quais ele se baseou para enunciar a sua teoria:

1. Os elementos são constituídos por partículas muito pequenas chamadas átomos. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos, tendo em particular o mesmo tamanho, massa e propriedades químicas. Os átomos dos diferentes elementos diferem entre si em, pelo menos, uma propriedade.

Os compostos são constituídos por átomos de mais de um elemento. Em qualquer composto, a razão entre o número de átomos dos dois elementos constituintes é um número inteiro, ou então uma fração simples.

Todas as reações químicas consistem na separação, combinação ou rearranjo de átomos, mas nunca na criação ou destruição destes. Segundo o primeiro postulado, os átomos de um dado

1806

Á T O M O

nunca na criação ou destruição destes. Segundo o primeiro postulado, os átomos de um dado elemento são diferentes dos átomos de todos os outros elementos. Dalton não tentou descrever a estrutura ou composição dos átomos, sobre a qual nada se conhecia, mas sabia que as

propriedades distintas de dois compostos eram devidas às diferenças dos elementos que os constituem.

2. Para formar um certo composto, não é apenas necessário ter os átomos apropriados, mas

também saber combiná-los na proporção correta. Segundo Dalton, se dois elementos podem, por combinação, dar mais de um composto, então as massas de cada um dos elementos que, em cada composto, se combinam estão entre si segundo números inteiros pequenos. De fato, os compostos diferem entre si pelo número de átomos de cada tipo que se combinam, número esse sempre inteiro.

3. O terceiro postulado de Dalton é uma outra forma de enunciar a lei da conservação da massa, segundo a qual a matéria não pode ser criada nem destruída. Sendo a matéria constituída por átomos, e não podendo estes ser criados ou destruídos numa reação química, a massa é necessariamente conservada.

(11)

Á T O M O

Michael Faraday

Michael Faraday

(1791 - 1867)

1ª. A massa da quantidade de metal depositada nas barras metálicas

e a quantidade de eletricidade que passa por cada solução, são

proporcionais;

2ª. A massa de uma substância liberada por uma certa quantidade

que eletricidade é proporcional ao peso atômico do elemento

(12)

Texto6 - Faraday

• Michael Faraday – Físico/Químico - Inglaterra

: Em 1833, Faraday realizou algumas experiências sobre a eletrólise das quais resultaram alguns dos primeiros indícios relativos à natureza da eletricidade e à estrutura elétrica dos átomos. Dessas experiências foram extraídas duas leis:

1. Uma dada quantidade de eletricidade deposita sempre a mesma quantidade de uma dada substância no eletrodo.

2. As massas das várias substâncias depositadas, dissolvidas ou formadas no eletrodo por uma quantidade definida de eletricidade são proporcionais às massas

equivalentes das mesmas.

Desta segunda lei podemos concluir, entre outras coisas, que as leis da eletrólise são análogas às que regem as reações químicas; logo, se um número definido de átomos se combina com uma

pré-determinada quantidade de eletricidade, parece ser logicamente válido supor que a própria eletricidade

1833

Á T O M O

é constituída por partículas. Desta forma, uma molécula deve poder receber ou perder um número inteiro destas partículas que constituem a eletricidade. Estes resultados experimentais foram

posteriormente estudados mais profundamente por

G. J. Stoney

sendo que em

1874

ele

sugeriu o

(13)

Á T O M O

Dmitri I. Mendeleev

D m i t r i M e n d e l e e v

Dmitri I. Mendeleev

(1834-1907)

v

Os dados eram anotados em

cartões, que eram fixados na

parede de seu laboratório e,

conforme observava alguma

(14)

Texto7 - Mendeleev

• Dmitri Mendeleev – Físico/Químico - Rússia

: Em 1869, Mendeleev descobriu uma relação importante entre o peso atômico dos elementos e as suas propriedades físicas e químicas. Este facto levou-o a organizar um quadro em que os elementos estavam dispostos por ordem crescente do peso atômico, possuindo em cada coluna propriedades químicas análogas.

Para que a regularidade se verificasse, Mendeleev teve de admitir que o peso atômico de alguns elementos estava mal determinado. Para ser mantida a idéia de periodicidade, a posição de alguns elementos não correspondia à que lhes competia, de acordo com o peso atômico determinado pelos químicos da época.

Mendeleev teve também que assumir que a posição relativa de alguns elementos deveria ser alterada. Assim, por exemplo, o telúrio deveria ser colocado antes do iodo, embora o peso atômico do telúrio seja 128 e o do iodo 127. Assinalou também as inversões de outros pares de elementos como argônio e potássio, cobalto e níquel, tório e protactínio.

1869

Á T O M O

Na data em que Mendeleev elaborou o seu quadro periódico alguns elementos estavam ainda por descobrir, pelo que deixou os seus lugares vagos. É o caso dos elementos análogos ao alumínio e ao silício mas com pesos atômicos entre 65 e 75. Estes elementos foram descobertos pouco tempo depois e denominados gálio e germânio, respectivamente .

As previsões de Mendeleev foram todas verificadas. No que respeita aos pesos atômicos mal

determinados, concluiu-se que elementos como o ítrio, o índio, o disprósio, o cério, o érbio, o lantânio, o tório ou o urânio estavam mal determinados. Por outro lado foram-se descobrindo sucessivamente todos os elementos que faltavam no quadro periódico de Mendeleev. As inversões assinaladas por este químico mantiveram-se, tendo s ido explicada, posteriormente, esta aparente anomalia.

No quadro periódico de Mendeleev, atualizado, a que também se chama tabela periódica, atribui-se um número de ordem a cada elemento, designado por número atômico, e que corresponde ao número de elétrons do átomo neutro do elemento e como tal é igual ao número de prótons presentes no seu

(15)

William Crookes

(1832-1919 )

Á T O M O

William Crookes

Radiômetro de Crookes

Raios Catódicos

(16)

Á T O M O

William Crookes (Descoberta do Eletron-1)

William Crookes

(1832-1919 )

Num tubo de vidro denominado de Ampola de Crookes são colocados dois

eletrodos: o cátodo (pólo negativo) e o ânodo (pólo positivo).

No interior do tubo existe gás rarefeito submetido a uma descarga elétrica

superior a 10 000 volts. Do cátodo parte um fluxo de elétrons denominado raios

catódicos, que se dirige à parede oposta do tubo, produzindo uma fluorescência

decorrente do choque dos elétrons que partiram do cátodo com os átomos do

vidro da ampola.

(17)

Á T O M O

William Crookes

(1832-1919 )

Os raios catódicos, quando incidem sobre um anteparo, produzem uma sombra

na parede oposta do tubo, permitindo concluir que se propagam em linha reta.

(1832-1919 )

(18)

Á T O M O

William Crookes

(1832-1919 )

Os raios catódicos movimentam um molinete ou cata-vento de mica, permitindo

concluir que são dotados de

massa

.

(1832-1919 )

(19)

Á T O M O

William Crookes

(1832-1919 )

Os raios catódicos são desviados por um campo de carga elétrica positiva,

permitindo concluir que são dotados de carga elétrica negativa.

(1832-1919 )

(20)

Texto8 - Crookes

• Willian Crookes – Físico/Químico - Inglaterra

: Devemos a descoberta dos raios catódicos (elétrons acelerados) a Sir W. Crookes (inglês). Produzindo descargas elétricas num tubo de alto

vácuo ele produziu um feixe de elétrons que podiam ser desativados pela ação de ímãs e campos magnéticos.

Para Crookes, os raios catódicos eram moléculas carregadas, as quais constituíam o quarto estado da matéria(essa denominação é hoje usada quando nos referimos ao plasma, que é exatamente o que se tem quando se produz uma descarga elétrica num gás rarefeito!).

1875

(21)

Á T O M O

Eugen Goldstein

(1850-1930)

(22)

Texto9 - Goldstein

• Eugen Goldstein – Físico - Alemanha

: Em 1876, o físico alemão Eugen Goldstein (1850-1931) denominou de raios catódicos (“Kathodenstrahlen”) às emanações provindas do catodo do tubo de vácuo que havia sido construído pelo físico inglês William Crookes (1832-1919), em 1875.

• As propriedades dos raios catódicos não dependiam do metal usado nos pólos dos tubos à vácuo. Introduziu o termo raios catódicos

• No interior da ampola de descarga em gases rarefeitos é colocado um cátodo perfurado.

• Do cátodo perfurado partem os elétrons ou raios catódicos (representados em vermelho), que se chocam com as moléculas do gás (em azul claro) contido no interior do tubo.

Com o choque, as moléculas do gás perdem um ou mais elétrons, originando íons positivos (em azul escuro) que repelidos pelo ânodo, são atraídos pelo cátodo, ... atravessam os furos e colidem com a parede do tubo de vidro, enquanto os elétrons são atraídos pelo ânodo e ao colidirem com a parede de vidro do tubo produzem fluorescência.

Os raios canais são, na realidade, prótons.

1876

Á T O M O

(23)

Á T O M O

Eugen Goldstein

(1850-1930)

Eugen Goldstein (Descoberta do Próton-2)

(24)

Á T O M O

Eugen Goldstein

(1850-1930)

(25)

Á T O M O

Eugen Goldstein

(1850-1930)

(26)

Á T O M O

RAIOS X

(1845 - 1923)

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'

!

(27)

Texto10 - Roentgen

• Wilhelm Konrad Roentgen – Físico - Alemanha

: Como muitos físicos da época. Roentgen pesquisava o tubo de raios catódicos inventado pelo inglês William Crookes anos antes. Quando

Roentgen ligou o tubo naquele dia, algo muito estranho aconteceu: perto do tubo, uma placa de material fluorescente chamado

platinocianeto de bário

brilhou. Ele desligou o tubo e o brilho sumiu. Ligou de novo e lá estava ele. O brilho persistiu mesmo quando Roentgen colocou um livro e uma folha de alumínio entre o tubo e a placa. Alguma coisa saia do tubo, atravessava barreiras e atingia o platinocianeto.

Por seis semanas, o físico ficou enfurnado no laboratório. tentando entender o que era aquilo. No dia 22 de dezembro. fez a radiação atravessar por 15 minutos a mão da mulher, Bertha, atingindo do outro lado uma chapa fotográfica. Revelada a chapa, viam-se nela as sombras dos ossos de Bertha, na primeira radiografia da história.

1895

Á T O M O

Em outra experiência, tirou a radiografia de seu rifle de caça e observou uma pequena falha interna. Com isso, ele antecipou um dos usos atuais dos raios-X: descobrir falhas internas em peças

industriais. Também radiografou uma caixa de madeira fechada com peças metálicas no interior. Fez, portanto, o que hoje se vê nos aeroportos, onde as bagagens são radiografadas pelo pessoal da segurança.

(28)

Á T O M O

RAIOS X

(1845 - 1923)

(29)

Á T O M O

Antonie H. Becquerel

A n t o n i e H . B e c q u e r e

Registro obtido por

Becquerel em chapa

fotográfica de

radiações emitidas

naturalmente.

(1852 - 1908)e l

Em 1895, Roentgen descobriu que os raios X podiam provocar fluorescência em certos

materiais. Becquerel ficou, então curioso para saber se o contrário também era possível: se

uma substância fluorescente emitiria raios X. Para verificar essa possibilidade, envolveu

uma chapa fotográfica com papel preto, colocou sobre ele cristais de um material

(30)

Texto11 -Becquerel

• Antonie H. Becquerel – Físico - França

: Antonie Henri Becquerel herdou da família o interesse pela Física. O avô realizara trabalhos na área da eletroquímica e o pai pesquisara os fenômenos da fluorescência e da fosforescência.

As pesquisas por ele realizadas transformariam a concepção que se tinha sobre a estrutura da matéria.

Em 1895, Roentgen descobriu que os raios X podiam provocar fluorescência em certos materiais. Becquerel ficou, então curioso para saber se o contrário também era possível: se uma substância fluorescente emitiria raios X. Para verificar essa possibilidade, envolveu uma chapa fotográfica com papel preto, colocou sobre ele cristais de um material fluorescente (um composto de urânio) e expôs o conjunto à luz solar. Caso a luz provocasse fluorescência nos cristais e eles passassem a emitir raios X, a chapa seria impressionada.

1895

Á T O M O

Isso de fato ocorreu. Procurou então repetir a experiência nos dias seguintes, mas eles foram todos nublados. Na última tentativa, desmontou o conjunto e resolveu revelar a chapa assim mesmo.

Surpreso, verificou que ela fora intensamente impressionada. A radiação que atingira não dependera, então, da incidência de luz solar nos cristais. Eles emitiam radiações por si mesmos!

Em 1899, Becquerel descobriu que a trajetória dessa radiação podia ser alterada por campos magnéticos fortes, o que indicava ser ela constituída por partículas com carga elétrica. No ano

(31)

Á T O M O

Josef J. Tompson

(1818-1889)

J. J. Thompson

-

Modelo atômico de Thompson

(Modelo do pudim de passas).

1906

(1818-1889)

Observou partículas negativas muito menores que os átomos, os

elétrons, provando assim que os átomos não eram indivisíveis.

(32)

Texto12 -Thompson

• Josef J. Thompson – xxx -xxxx

: Os pesquisadores ingleses achavam que a radiação era de natureza corpuscular. Isso porque Crookes tinha descoberto que a trajetória dos raios se curvava quando em presença de um campo magnético, transportavam carga elétrica negativa.

Thomson estava decidido a defender a teoria corpuscular partindo para a experimentação. Após sucessivas tentativas, conseguiu medir a razão carga / massa dessas partículas e descobriu que seu valor era aproximadamente mil vezes maior que o observado na eletrólise dos líquidos. Imediatamente procurou medir a carga de eletricidade conduzida por vários íons negativos, e chegou à conclusão de que era a mesma tanto na descarga gasosa quanto na eletrólise. Constatava-se, assim, que as partículas constituintes dos raios catódicos eram muito menores que qualquer átomo conhecido, por pequeno que fosse: eram os elétrons.

Ele explicou este fato da seguinte forma: "

Visto que os raios catódicos transportam uma

1897

Á T O M O

quantidade de eletricidade negativa, são desviados por uma força eletrostática

como se fossem negativamente carregados, e sofrem a ação de uma força

exatamente como se fossem um corpo carregado negativamente, movendo-se ao

longo do caminho seguido pelos raios, não vejo como fugir à explicação de que

eles são cargas de eletricidade negativa transportadas por partículas da matéria

". Aliás, o fato de serem independentes da natureza do gás utilizado sugere que são um "fragmento" encontrado em todos os átomos.

(33)

Á T O M O

Albert Einstein

“Eu não estou interessado neste ou naquele

fenômeno. Eu quero saber como Deus criou

o mundo, quais são os Seus pensamentos. O

resto é detalhe”.

Albert Einstein

(1879-1955)

1921

E=mc²

(34)

Texto13 - Einstein

• Albert Einstein – Físico/Matemático -Alemanha

: Sua teoria da relatividade espacial mudou as idéias sobre o espaço, o tempo e a natureza do universo.

• Em 1905, ele utilizou com sucesso a teoria quântica para explicar o efeito fotoelétrico, recebendo por isso o Prêmio Nobel de Física de 1921.

• Ainda em 1905, apresentou a teoria especial da relatividade, descrevendo os efeitos do movimento na forma de valores observados de comprimento, massa e tempo. Uma conseqüência dessa teoria é que a massa, m, é equivalente à energia, E, um conceito expresso pela equação, E=mc² onde c é a

velocidade da luz. Essa é a base de todos os cálculos da energia liberada por reações nucleares. Ele expandiu suas idéias na teoria geral da relatividade, publicada em 1915, que é centrada na gravitação e nos efeitos do movimento acelerado.

• Sendo judeu, foi perseguido pelos nazistas e em 1932 teve de deixar a Alemanha. Depois de uma rápida passagem pela Inglaterra, fixou-se nos Estados Unidos e posteriormente tornou-se cidadão americano.

1905

Á T O M O

(35)

Á T O M O

Robert Andrews Milikan

CARGA ELEMENTAR

Robert A. Milikan

(36)

Á T O M O

Robert Andrews Milikan

CARGA ELEMENTAR

Robert A. Milikan

(37)

Texto14 -Milikan

• Robert A. Milikan

: A Experiência da Gota de Óleo de Millikan é uma das mais populares e fascinantes experiências realizáveis num laboratório de Física por várias razões:

- O principio experimental é de fácil execução e compreensão

- Mede uma constante fundamental atômica por um método criado por Robert Millikan

- As observações do efeito de um ou mais elétrons sobre as gotas de óleo num campo elétrico dando uma demonstração da natureza quantitativa da eletricidade

• O sistema da Experiência de Millikan utiliza um sistema de pré-alinhamento óptico e um condensador especial para uma boa observação das gotas de óleo.

A precisão dos resultados depende da habilidade do experimentador em obter medidas corretas de vários parâmetros: tensão dos pratos, separação dos pratos, tempo e distância da queda e ascensão das gotas de óleo, temperatura, densidade do óleo, etc.

• O extremo cuidado do design e a sua construção garantem a obtenção de bons resultados, partindo do

1911

Á T O M O

(38)

Á T O M O

Rutterford

Ernest Rutterford

(1871-1937)

Rutherford demonstrou que a maior parte do átomo era espaço

vazio, estando a carga positiva localizada no núcleo (ponto central

do átomo), tendo este a maior parte da massa do átomo. Os

elétrons estariam girando em torno do núcleo.

(39)

Texto15 -Rutterford

• Ernest Rutterford – Físico - Inglaterra

:A descoberta da radioatividade permitiu um melhor conhecimento da estrutura da matéria. Rutherford, refutou o modelo de Thompson. Em 1911, bombardeou uma finíssima folha de ouro com cerca de 100nm de espessura (1 nm = 10E-9 m) com partículas (He2+) emitidas por um material de rádio. Essas partículas recolhidas por uma tela de cintilação de sulfureto de zinco (pode-se substituir por uma película fotográfica) demonstravam que a maioria das partículas passava sem se desviar. Algumas desviavam-se consideravelmente e

pouquíssimas eram refletidas. Rutherford justificou este comportamento com um átomo quase vazio.

• a) O átomo com núcleo. No átomo de Rutherford, a massa estava concentrada no centro (núcleo) de uma esfera, muito maior, que era ocupada pelos elétrons (camada exterior). O diâmetro do núcleo era cerca de dez mil vezes menor do que o da camada exterior e entre eles existia um grande espaço vazio. Ao número de prótons que o núcleo do átomo contém chama-se número atômico. O número atômico representa-se pela letra Z. Ao número de núcleos (prótons + nêutrons) denomina-se número de massa. O número de massa representa-se pela letra A

1911

Á T O M O

(40)

Á T O M O

Rutterford (EXPERIMENTO)

Ernest Rutterford

(1871-1937)

Experimento de Rutherford - Partículas radioativas incidem sobre uma folha de ouro. A

maioria destas partículas passa através da folha pois são muito mais pesadas que os elétrons

(pontos pretos). Rutherford verificou que as cargas positivas são localizadas em pequenos

núcleos (esferas vermelhas). Desta forma explicaria porque as partículas incidentes são as

vezes desviadas de sua trajetória. Antes deste experimento acreditava-se que as cargas

positivas não eram localizadas em núcleos.

(41)

Á T O M O

Niels Henrik David Bohr

1922

Niels H. David Bohr

(1885-1962)

Bohr apresentou alterações ao modelo de Rutherford: os elétrons só podem ocupar

níveis de energia bem definidos, e os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas

com energias diferentes. As órbitas interiores apresentam energia mais baixa e à

medida que se encontram mais afastadas do núcleo o valor da sua energia é maior.

Quando um elétron recebe energia suficiente passa a ocupar uma órbita mais

externa (com maior energia) ficando o átomo num estado excitado. Se um elétron

passar de uma órbita para uma outra mais interior liberta energia.

(42)

Á T O M O

Niels Henrik David Bohr (ESPECTRO)

1922

Niels H. David Bohr

(43)

Texto16 -Bohr

• Niels H. David Bohr– Físico -Dinamarca

:O átomo de Rutherford definia bem a natureza elétrica da matéria. No entanto, não conseguia explicar a existência de espectros descontínuos de emissão.

• a) Espectro de emissão: Quando os átomos de um determinado elemento aquecem e atingem uma determinada temperatura, emitem luz. As luzes emitidas têm determinados comprimentos de onda, característicos de cada elemento. Cada comprimento de onda corresponde a uma cor do arco-íris e cada cor à emissão de uma energia. Se a luz resultante atravessar um prisma óptico, podem separar-se as cores que o formam. A energia de cada unidade de luz (fóton) foi calculada por Planck: E = h.v, onde v é a freqüência da luz e h é a constante de Planck, que é igual a 6,625e-34 joule.segundo. A freqüência depende unicamente do comprimento de onda. Por conseguinte, quando um átomo sobreaquecido emite luz de determinadas cores, significa que emite apenas determinadas energias. • b) Postulados: Em 1913, Niels Bohr explicou o espectro do átomo de hidrogênio e de outros átomos

chamados hidrogenóides, que são os íons He+ ou Li2+ possuidores de um só elétron, a partir dos postulados seguintes.

• O primeiro diz que um elétron em órbita estacionária não emite energia em forma de radiação. Assim

1913

Á T O M O

• O primeiro diz que um elétron em órbita estacionária não emite energia em forma de radiação. Assim se explica por que motivo um elétron quando gira em redor de um núcleo não perde energia nem cai sobre o núcleo.

• O segundo princípio indicava que nem todas as órbitas eram possíveis, mas apenas as que satisfazem a relação: m.v.r = n.h/2pisendo ma massa do elétron, va sua velocidade linear, r o raio da sua órbita, num número inteiro 1, 2, 3, etc. e ha constante de Planck.

• O terceiro postulado diz que, quando um elétron passa de uma órbita para outra de menor energia, emite esta energia em forma de radiação (luz). Esta radiação possui uma freqüência (cor) que se pode calcular pela equação de Planck.

Estes postulados explicam os espectros de emissão.

• c) Níveis de energia. O átomo de Bohr possui órbitas diferentes que têm raios diferentes, não

podendo os elétron ocupar o espaço intermédio. Estes saltos correspondem à emissão do espectro. A cada órbita corresponde uma energia que depende do valor de n do segundo postulado, que se

denomina número quântico principal. Quanto maior for o raio, maior é a energia.

• d) Número de elétron.Em cada órbita, o número máximo de electrões possível pode ser facilmente calculado através expressão: N = 2.n.n, sendo n o número de ordem da órbita, e sabendo que a numeração das órbitas vai da mais interna à mais externa.

• O átomo de Bohr foi modificado mais tarde por um seu colaborador, Sommerfeld, que admitiu a

(44)

Á T O M O

Louis de Broglie

Teoria da “PARTÍCULA/ONDA”

! "

1929

Louis de Broglie

(1892-1987)

“A natureza demonstra-se ser essencialmente simétrica. Existem as cargas

(45)

Texto17 -de Broglie

• Louis de Broglie – Físico - França

: Um passo importante para a explicação dos

sucessos da teoria de Bohr, e que abriria as portas para a uma teoria consistente, foi dado pelo físico francês Louis De Broglie. Em sua tese de doutoramento, em 1924, De Broglie fez uma proposição de simetria baseada em uma teoria de Einstein de 1905 de que a luz pode, em algumas condições, se comportar como partícula. Não poderiam as partículas apresentar um comportamento de ondas? Aplicando esta suposição ao modelo de Bohr ele supôs que o elétron teria uma onda associada ao longo de sua órbita em torno do próton. Mas apenas algumas órbitas seriam possíveis para que a onda não interferisse destrutivamente consigo mesma. Essas órbitas especiais eram exatamente as

propostas por Bohr!

Este resultado abriu caminho para uma nova interpretação do elétron e da matéria em geral. As partículas teriam um novo comportamento chamado de partícula-onda. Se o elétron colidir com um detector, um ponto bem definido será registrado, como espera-se de uma partícula. Mas o elétron mostra claramente, em alguns experimentos, que tem um comportamento ondular associado a ele.

1924

Á T O M O

(46)

Á T O M O

Schrödinger

PRINCÍPIO DA INCERTEZA

! "

! #

Erwin Schrödinger

(xxxxxxxxxxx)

Modelo atômico de Schrödinger - A partir das equações de Schrödinger não é possível

determinar a trajetória do elétron em torno do núcleo, mas, a uma dada energia do sistema, obtém-se a região mais provável de encontrá-lo.

(47)

Texto18 -Schrödinger

• Erwin Schrödinger – xxx -xxxx

: O modelo atual de átomo, atribuído a Schrõdinger, apóia-se nos seguintes princípios e descobertas: a teoria sobre a dualidade partícula-onda, publicado por De Broglie (1923); o princípio da incerteza e a mecânica quântica desenvolvida por Schrõdinger.

O átomo de Schrõdinger é um modelo matemático que descreve os átomos de uma forma muito semelhante ao de Bohr-Sommerfeld, mas com uma diferença notável, a saber: pelo princípio de incerteza, perde sentido a palavra órbita e surge a palavra orbital. Um orbital é uma zona (não uma linha) do espaço onde é mais provável encontrar-se um elétron.

Números quânticos.O tratamento que se dá ao elétron é totalmente o de uma onda e as equações de onda têm solução através de números denominados números quânticos. Número quântico principal, n, que pode tomar valores 1, 2, 3... que dá a idéia da distância ao núcleo, ou seja, da dimensão.

Número quântico secundário, l, que pode ter dois valores inteiros desde 0 até ao valor de n-1 e dá a

1926

Á T O M O

idéia da simetria do orbital; quanto mais elevado for o número l, tanto mais complicada é a simetria do orbital. O número quântico magnético, m, que dá a razão da orientação do orbital e pode tomar valores inteiros entre -1 e +1, passando por zero.

(48)

Á T O M O

Schrödinger !

"

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INÍCIO DO MODELO ATÔMICO ATUAL

Erwin Schrödinger

(xxxxxxxxxxx)

(49)

Á T O M O

James Chadwick

Chadwick (Descoberta do Neutron)

! "

! # !

$

1935

James Chadwick

(1891-1974)

Descoberta do NEUTRON

Num acelerador de partículas subatômicas, a partícula alfa ,

que é o núcleo do átomo de hélio, com dois prótons e dois

nêutrons e número de massa quatro (4), é lançada contra o

núcleo do átomo de berílio, com quatro prótons e cinco

(50)

Texto19 -James Chadwick

• James Chadwick – Físico/Químico –Nova Zelândia

: Do ponto de vista didático, a experiência de Chadwick é um ótimo exemplo de como eram feitas as pesquisas experimentais na física das partículas sub-atômicas, antes do advento dos aceleradores de hoje em dia. O arranjo experimental montado por Chadwick, seguindo os passos de Bothe, era esquematicamente o seguinte: •

• A fonte radioativa de polônio emite partículas alfa que incidem sobre um disco de berílio. O berílio bombardeado pelas alfas produz uma radiação neutra desconhecida. Para descobrir a natureza dessa radiação, Chadwick captou-a em uma câmara de ionização. Como o nome indica, a passagem da radiação pela câmara ioniza átomos de um gás que serão, então, capturados por uma placa metálica eletricamente carregada. Desse modo, pulsos de corrente elétrica saem da placa e produzem

deflexões no ponteiro de um oscilógrafo. Chadwick observou que, colocando a fonte de radiação bem junto do detector, já surgiam 4 deflexões por minuto no oscilógrafo.

• Essa contagem se mantinha mesmo quando uma chapa de chumbo com 2 centímetros de espessura era colocada entre o berílio e o detector, demonstrando que a radiação desconhecida era bastante

1932

Á T O M O

era colocada entre o berílio e o detector, demonstrando que a radiação desconhecida era bastante penetrante.

• A seguir, observou que, colocando uma placa de parafina entre o berílio e o detector, as contagens no oscilógrafo aumentavam para cerca de 10 por minuto.

• Isso indicava claramente que a radiação desconhecida induzia a produção de outro tipo de radiação a partir da parafina. Alguns testes simples mostraram que essa nova radiação era formada de prótons. Chadwick conseguiu medir a energia desses prótons e logo ficou claro que eles não poderiam ser produzidos por raios gama. Uma comparação elementar utilizando a conservação da energia em um choque frontal entre partículas mostrou que uma radiação gama não seria capaz de arrancar prótons da parafina com a energia observada.

(51)

Á T O M O

James Chadwick

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$

1935

Na colisão o átomo de berílio adiciona a partícula alfa e

transmuta-se no elemento químico carbono, com seis prótons

e sete nêutrons, número de massa treze (13) e que por ser

instável, elimina um nêutrons e transmuta-se no carbono

estável de número de massa doze (12).

James Chadwick

(1891-1974)

(52)

Á T O M O

James Chadwick

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$

1935

Na colisão o átomo de berílio adiciona a partícula alfa e

transmuta-se no elemento químico carbono, com seis prótons

e sete nêutrons, número de massa treze (13) e que por ser

instável, elimina um nêutrons e transmuta-se no carbono

estável de número de massa doze (12).

James Chadwick

(1891-1974)

(53)

Á T O M O

James Chadwick

! "

! # !

$

1935

O nêutron eliminado, ao atravessar um campo elétrico, não

sofre desvio, permitindo concluir que o nêutron é uma

partícula que não possui carga elétrica, mas que possui

massa praticamente igual a do próton

James Chadwick

(1891-1974)

(54)

Á T O M O

Pierre Curie Marie Curie

Pierre Curie

(1859 - 1906)

Marie Curie

(1867 - 1934)

As partículas alfa contém dois prótons e dois nêutrons, tal como o núcleo do átomo de Hélio. Por

isso, podem ser representadas pela designação 4He2+, além do símbolo ALFA. Estas partículas

têm uma massa que é igual ao dobro da molécula do gás hidrogênio, e é a menos energética das

radiações.

Os raios beta são, na verdade, elétrons - uma partícula negativa, com uma massa 1/1837 vezes

menor que a do próton. É representa pela letra BETA. A radiação gama (g), tal com os raios-X,

são formas da radiação eletromagnética, que é uma forma de energia quantizada em "pacotes"

chamados fótons.

(55)

Texto20 – Casal Curie

• Pierre Curie e Marie Curie - ´Físicos/Químicos

: Em 1880, Pierre Curie constatou que uma corrente elétrica surgia em certos cristais quando submetidos a pressões. Deram a esse fenômeno o nome de efeito piezoelétrico.

Em 1895, casou-se com Marie Sklodowska, que o acompanharia na realização de muitos trabalhos científicos.

Estimulada pela descoberta dos raios X, feita por Roentgen, e das radiações do urânio por Becquerel, Marie Curie iniciou trabalhos de pesquisa que a levariam a identificar três diferentes tipos de emissão radiativas - mais tarde chamadas de alfa, beta e gama. Foi ela também que criou o termo radiatividade. Apoiando-se na descoberta do efeito piezoelétrico feita por seu marido, criou um método para medir a intensidade das emissões radiativas de materiais diversos. Trabalhando com diferentes compostos de urânio, conseguiu também demonstrar que as emissões eram diretamente proporcionais à quantidade de urânio nelas presente. Isso provava que os átomos desse elemento eram os únicos responsáveis pela radiatividade daquelas substâncias.

1898

Á T O M O

pela radiatividade daquelas substâncias.

Em 1898, ela conseguiu também demonstrar a radioatividade do Tório. No mesmo ano, já auxiliada pelo marido, isolou, em meio a amostras de minério de urânio, diminutas quantidades de um novo elemento, ao qual deu o nome de polônio. Em dezembro, identificara outro elemento, e quantidades menores ainda: o rádio.

Em 1903, dividiram com Becquerel o prêmio Nobel de Física. Após a morte de Pierre Curie, em 1906, Marie assumiu seu cargo de professor na Universidade de Sorbonne, tornando-se a primeira mulher a ali lecionar. Em 1911, ela receberia também o Prêmio Nobel de Química.

(56)

Á T O M O

FISSÃO NUCLEAR

Lise Meitner ! " ! # ! $ #

Bombardeando núcleos de urânio

com neutrons, Fermi achou que o

urânio se transformava em algum

outro elemento mais pesado, um

"transurânico". Lise Meitner, Otto

(1878-1968)

Fritz Strassmann

(1902-1980)

"transurânico". Lise Meitner, Otto

Hahn e Fritz Strassmann, na

Alemanha, se interessaram

imediatamente por esses resultados e

resolveram tentar descobrir que

elementos eram esses.

Otto Hahn

(1879-1968)

Enrico Fermi

(57)

Texto21 – Fissão Nuclear

• Fissão Nuclear

: Partículas alfa são boas para estudar um átomo. Ernest Rutherford usou-as para chegar ao seu modelo de átomo que deu origem a essas ridículas figurinhas que vemos hoje.

• Mas, para estudar um núcleo, as alfas não são a melhor opção. São pesadas e, o que é pior, têm carga elétrica positiva. Como qualquer núcleo também tem carga positiva, se a alfa quiser se aproximar dele vai sofrer uma tremenda repulsão e ser desviada antes de chegar muito perto. • No início dos anos 30, o grande físico italiano Enrico Fermi teve a idéia de usar os nêutrons, que

tinham acabado de aparecer na cena da física, como projéteis para penetrar nos núcleos e fornecer informações do que se passa lá dentro. Nêutrons são neutros, logo não sofrem da mesma rejeição que as alfas, por parte dos núcleos. A única desvantagem é que as alfas são mais fáceis de serem obtidas, usando materiais radioativos. Para obter nêutrons, Fermi usava as próprias partículas alfa incidindo sobre um filme de berílio. O berílio, ao ser atingido por alfas, emite nêutrons.

• Bombardeando núcleos de urânio com nêutrons, Fermi achou que o urânio se transformava em algum outro elemento mais pesado, um "transurânico". Lise Meitner, Otto Hahn e Fritz Strassmann, na

Alemanha, se interessaram imediatamente por esses resultados e resolveram tentar descobrir que elementos eram esses.

1938

Á T O M O

elementos eram esses.

• Nos primeiros anos, o resultado das pesquisa do trio confirmava as observações de Fermi. Nesse estudo, Lise Meitner e os dois químicos conseguiram fabricar alguns transurânicos. Conseguiram também isolar um novo elemento, o proctoactínio, trabalho que deu muito prestígio ao grupo.

• Os núcleos bombardeados pareciam ficar extremamente instáveis, emitindo uma verdadeira cascata de partículas alfa e beta e se transformado seguidamente em outros tipos de núcleos. Com as teorias aceitas na época, Lise Meitner tentava justificar toda essa atividade nuclear mas os modelos estavam ficando tão complexos que passaram a ser suspeitos.

• Logo, logo, desconfiaram que a única explicação era admitir que o núcleo de urânio estava se partindo em pedaços, um deles sendo um núcleo de bário. Como o neutron não tem energia para espatifar um núcleo, como uma bala espatifa um tijolo, o processo deveria ser diferente. Imediatamente, começaram a fazer cálculos usando o modelo da gota líquida de Bohr. Imaginaram que o neutron desencadearia uma vibração interna na gota (isto é, no núcleo), esticando e afinando até que acabaria se partindo em dois ou mais pedaços. Lise sabia de cór todos os números e fórmulas que precisava para ajustar o modelo de Bohr ao processo que estava considerando. Calculou, rapidamente, a energia liberada no processo de quebra do núcleo, usando a famosa equação de Einstein, E = m c2_{, e verificou que essa}

(58)

Á T O M O

FISSÃO NUCLEAR

Lise Meitner

! "

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$

Otto Frisch deu o nome

de "fissão nuclear" a esse

processo, em analogia ao

conhecido processo de

fissão celular.

#

Lise Meitner

(1878-1968)

Otto Frisch

(1909-1974)

(59)

Á T O M O

A BOMBA ATÔMICA !

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#

1-) O início da explosão de uma bomba atômica corresponde ao início da reação em cadeia que ocorre em pleno ar. Ao ser

detonada atinge temperaturas da ordem de milhões de graus Celsius.

2-) Após 10/4 segundos, a massa gasosa em que se

transformou a bomba emite elevadas quantidades de raio X e transformou a bomba emite elevadas quantidades de raio X e raios ultravioletas, podendo destruir a retina e cegar pessoas que olharem diretamente.

3-) Entre 10/4 e 6 segundos, a radiação já foi totalmente absorvida pelo ar ao redor, que se transforma numa enorme bola de fogo cuja expansão provoca a destruição de todos os materiais inflamáveis num raio médio de 1 km, assim como queimaduras de primeiro, segundo e terceiro graus.

4-) Após 6 segundos, a esfera de fogo atinge o solo iniciando uma onda de choques e devastação que se propaga através de um deslocamento de ar comparável a um furacão com ventos de 200 a 400 km/h.

(60)

Texto22 – Bomba Atômica

• Bomba Atômica

: Quem inventou a bomba atômica? Do que era feita e como foi acionada?

A invenção da bomba atômica se deu por etapas. Em 1934, o físico italiano Enrico Fermi descobriu a radioatividade do urânio, que é o elemento natural mais pesado e capaz de sofrer fissão. No final de 1938, os físicos Otto Hahn e Fritz Strassmann conseguiram pela primeira vez promover o processo de fissão, que ocorre quando o urânio é bombardeado por nêutrons (partículas subatômicas sem carga) que provoca a divisão de cada núcleo em dois, de massa menor, com grande liberação de energia. Em 1939, o físico francês Frédéric Joliot descobriu que a explosão dos núcleos liberava novos nêutrons, que, por sua vez, poderiam bombardear outros núcleos de urânio. Estava descoberto o mecanismo da reação em cadeia, que permitiria obter uma energia de potência até então inimaginável. Mas o

processo só foi conseguido em 1942 nos Estados Unidos por um grupo de físicos chefiados por Fermi, que havia se exilado no país durante a Segunda Guerra Mundial. A construção das primeiras bombas atômicas e as pesquisas de Fermi sobre a reação em cadeia foram feitas dentro do famoso "

Projeto

Manhattan

", lançado pelo presidente Franklin Roosevelt e dirigido pelo físico americano Robert

1938

Á T O M O

(61)

Á T O M O

"

! # !

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#

"Meu primeiro pensamento foi que aquilo era

igual ao inferno, sobre o qual eu já havia

lido. Nunca vira nada parecido antes. Mas

achei que, se existia o inferno, era aquilo ali"

(62)

Á T O M O

"

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#

Jean Frédéric Joliot

(63)

Á T O M O

O que é Radioatividade?

(64)

Á T O M O

Uso da Radiação – MEDICINA

A radiação pode ter uso pacífico???

(65)

Á T O M O

Uso da Radiação – ALIMENTOS 1

(66)

Á T O M O

Uso da Radiação - ALIMENTOS 2

(67)

Á T O M O

Uso da Radiaçã - ENERGIA

(68)

Texto23 – Uso da Radiação

• USO DA RADIAÇÃO:

1- Uso da energia do núcleo do átomo;

• 2- Uso das radiações que têm a capacidade de atravessar a matéria e velar filmes (raios- X);

• 3- Uso da capacidade (Radioterapia ou esterilização de material médico);

• Ao mesmo tempo em que as radiações podem trazer benefícios para a humanidade, também podem trazer malefícios como, por exemplo, a bomba atômica.

• A Área que mais utiliza a radiação hoje em dia é a medicina, como na radiologia, na radioterapia e na medicina molecular.

• A mais antiga e difundida área desta utilização é a radiologia, que estuda como se faz e interpreta a radiografia.

Á T O M O

radiografia.

• As radiografias não afetam a saúde da pessoa irradiada devido ao curto espaço de tempo em que a pessoa é exposta à radiação e também que este não constitui um ato rotineiro. Mesmo assim, mulheres no primeiro trimestre da gravidez devem evitar a exposição aos raios X.

• A radioterapia e a medicina nuclear constituem uma outra área de atuação da medicina com o uso da radiação.

• A radioterapia é destinada principalmente ao controle do câncer, uma vez que a radiação penetra no corpo e atinge tumores malignos. Na radioterapia o paciente fica exposto mais tempo à radiação e uma alta dose é dirigida à região a ser tratada. A radioterapia tem como principal objetivo a agressão de tecidos do corpo humano, no caso, os tumores

• O objetivo da medicina nuclear visa o diagnóstico. Na medicina nuclear substâncias radioativas são injetadas pela veia do paciente, e, tempo depois este é colocado sob equipamentos que medem a

radioatividade da droga injetada e que foi absorvida por certos órgãos do corpo. Assim é possível fazer um mapeamento de órgãos, dependendo do tipo de material injetado.

(69)

Á T O M O

USINA ATÔMICA - Geração

(70)

Texto24 – USINA ATÔMICA

• GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA:

Qual os motivos plausíveis para a instalação de Usinas Nucleares no Brasil? • Baixo impacto ambiental

• A exposição do meio ambiente à radiação devida a centrais nucleares é, de longe, muito mais baixa do que aquela causada pelo espectro de outras fontes artificiais, sendo apenas de cerca de 1% da exposição devida à radiação natural. Considerando que as centrais nucleares não exercem impacto sobre o meio ambiente, pois não emitem poluentes químicos nem queimam oxigênio, elas se incluem entre as centrais

termoelétricas mais aceitáveis do ponto de vista ecológico. • Alta Economicidade

• O conteúdo energético de um quilograma de combustível nuclear é muitas vezes maior do que aquele da mesma massa do carvão ou óleo combustível. Um combustível nuclear contendo 3,1% de urânio físsil (U-235), por exemplo, produz, aproximadamente, 80.000 vezes a energia produzida pela mesma quantidade de

Á T O M O

carvão mineral. O baixo consumo de combustível, em termos de massa, nos reatores nucleares significa que os custos do combustível representam cerca de uma Quarta parte dos custos totais de geração.

Conseqüentemente, os custos de geração de energia elétrica das centrais nucleares são relativamente pouco influenciados pelos aumentos do preço do combustível.

• A energia elétrica é fator essencial para assegurar o crescimento econômico do país e a qualidade de vida da sua população. Porém os recursos hídricos disponíveis nas proximidades dos principais centros

consumidores estão se esgotando. E é cada vez mais difícil o licenciamento ambiental dos aproveitamentos hídricos remanescentes e economicamente viáveis. E, apesar de tudo isso, a demanda de energia continua crescente.

(71)

Texto25 – USINA ATÔMICA

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA:

O reator está contido num recipiente sob pressão, esta pressão se destina a impedir a ebulição da água de resfriamento que circula no circuito refrigerador primário;

do recipiente sob pressão emergem as barras de controle; o circuito refrigerador primário no permutador de calor; transforma a água sob pressão normal em vapor, que através dos tubos do vapor secundário;

chega a turbina;

unida ao gerador elétrico;

depois do qual um condensador, resfriado por um circuito de água condensada fornecida por um rio ou pelo A H I S T Ó R I A DO

Á T O M O

depois do qual um condensador, resfriado por um circuito de água condensada fornecida por um rio ou pelo mar, transforma o vapor que sai da turbina em água a fim de aumentar o salto de pressão disponível para a turbina.

A água condensada volta ao ciclo através dos tubos do condensador;

(72)

Á T O M O

USINA ATÔMICA - Combustível

(73)

Texto26 – USINA ATÔMICA – Ciclo do Combustível

• Combustível Atômico:

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Á T O M O

Acelerador de Partículas

(75)

Texto27 – Acelerador de Partículas

• Acelerador de Partículas:

Um acelerador de partículas é um aparelho que produz "feixes" de átomos, elétrons, moléculas ou algumas partículas mais exóticas, como antiprótons, pósitrons ou mésons, com velocidades altas, geralmente superiores a 1/1000 da velocidade da luz c. Para que sejam atingidas estas

velocidades, que em alguns casos chegam quase na velocidade da luz, as partículas sofrem a ação de forças eletromagnéticas, com arranjos que diferem bastante entre os diversos tipos de

aceleradores.

Um "feixe" de partículas ocorre quando as trajetórias dessas partículas são razoavelmente

paralelas e distam menos de 1 centímetro umas das outras. (A palavra "feixe" quer dizer em geral um conjunto de objetos paralelos colocados perto um do outro, como numa vassoura de gravetos onde eles são amarrados por uma corda, vindo daí a palavra "faxina".) Um feixe é caracterizado então pela partícula que o forma, pela sua energia cinética Ec(ou velocidade v) e pelo número de

Á T O M O

então pela partícula que o forma, pela sua energia cinética Ec(ou velocidade v) e pelo número de partículas por unidade de tempo N. Se a carga das partículas for q, há uma relação simples entre a corrente elétrica total do feixe, I, e o fluxo N: I=Nq.

Mas porque alguém aceleraria partículas? A primeira razão é que precisamos conhecê-las melhor e um dos meios de fazer isso é colidí-las em altas velocidades com outras partículas (átomos, fótons, elétrons, moléculas, etc) ou com sólidos. A segunda razão é que podemos usar essas colisões para conhecer melhor os "alvos", por exemplo obtendo a composição química de objetos sólidos. Há também numerosas aplicações tecnológicas e médicas. A Microeletrônica, por exemplo, não

existiria sem aceleradores, chamados "implantadores" porque colocam átomos, geralmente de boro e de fósforo, dentro de um cristal de silício. (Antes de aceleradores começarem a ser empregados nos anos 60 já eram fabricados válvulas, diodos e transistores - mas sem aceleradores os

(76)

Á T O M O

Isótopos

(77)

Texto24 -Isótopos

• ISÓTOPOS –

Quando dois ou mais átomos do mesmo elemento possuem o mesmo número atómico, Z, mas um número de massa diferente, A, recebem o nome de isótopos e ocupam o mesmo lugar na tabela periódica.

As suas propriedades químicas são praticamente iguais e as suas propriedades físicas são um tanto diferentes. A maioria dos elementos que se encontram na Natureza são uma mistura de isótopos desse elemento.

1897

(78)

Á T O M O

Decaimento Radioativo

Transformação espontânea

de um nuclídeo em outro

diferente ou do mesmo

nuclídeo, em busca da

estabilidade. Deste

processo resulta a

diminuição, ao longo do

tempo, do número de

átomos radioativos

DECAIMENTO RADIOATIVO

N

=

N

₀

·

2 -t/T

N : número de núcleos não

decaídos

N

₀

:número de núcleos

existentes inicialmente

t : tempo

T : período de meia vida

átomos radioativos

(79)

Texto27 – Decaimento Radioativo

• Decaimento Radioativo (Transformações Nucleares):

Um núcleo pesado , com muitos prótons e nêutrons, tende a ser instável. Na tentativa de recuperar sua estabilidade, o núcleo emite alfas ou betas e perde a identidade, coitado, vira outro elemento. Esse processo pode ser rápido ou lento, dependendo da estabilidade do núcleo.

É aí que entra outro conceito importante: o tempo de vida média do núcleo. É muito fácil entender o que esse tempo significa. Suponha que você tem uma amostra com 100 átomos de um elemento radioativo X. E digamos que, depois de 1 hora, metade desses átomos tenham se transformado, por radioatividade, em átomos de outro elemento Y. Pois bem, diremos que o tempo de vida médio desse elemento X é 1 hora. Em palavras: o tempo de vida médio de um elemento é o tempo necessário (em média) para que metade de uma amostra desse elemento se transforme em outro por radioatividade.

Quando um elemento é muito instável, seu tempo de vida média é curto. Dependendo do isótopo

considerado, o tempo de vida médio pode ir de frações de segundo a bilhões de anos. O tempo de vida médio de um elemento estável é infinito por definição. Vamos ilustrar esses fatos com o caminho tortuoso que leva um núcleo de urânio-238 até o rádio-226, elemento descoberto pelo casal Curie.

Á T O M O

(80)

Á T O M O

Decaimento Radioativo