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Conteúdo Leis de Kepler 1 Leis da dinâmica de Newton 3 Campo Eléctrico 5 Constante de Avogadro 10 Efeito fotoeléctrico 12 Electrólise 13 Reagente limitante 15 Modelo atómico de Bohr 17 Modelo atómico de Rutherford 19 Fórmula de estrutura 21 Aminoácido 23 Fórmula estereoquímica 25 Período de semi-desintegração 26 Ligação iónica 28 Auto-ionização da água 30 Modelo atómico de Thomson 31 pH 32 Campo Eléctrico 33 Massa 38 Referências Fontes e Editores da Página 40 Fontes, Licenças e Editores da Imagem 41 Licenças das páginas Licença 42

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ConteúdoLeis de Kepler 1Leis da dinâmica de Newton 3Campo Eléctrico 5Constante de Avogadro 10Efeito fotoeléctrico 12Electrólise 13Reagente limitante 15Modelo atómico de Bohr 17Modelo atómico de Rutherford 19Fórmula de estrutura 21Aminoácido 23Fórmula estereoquímica 25Período de semi-desintegração 26Ligação iónica 28Auto-ionização da água 30Modelo atómico de Thomson 31pH 32Campo Eléctrico 33Massa 38

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Leis de Kepler 1

Leis de KeplerReferência : de Araújo, M. (2010), WikiCiências, 1(12):0200

Autor: Mariana de Araújo

Editor: Joaquim Agostinho Moreira [1]

As leis de Kepler constituem uma base para a descrição do movimento dos planetas em torno do Sol. Foramdescobertas originalmente por Johannes Kepler pela análise dos dados observacionais de Tycho Brahe, relativos àposição de alguns planetas do Sistema Solar. Posteriormente, Isaac Newton mostrou que as leis de Kepler podem serdeduzidas a partir das leis da Mecânica e da Lei da Gravitação Universal, para um sistema de dois corpos sujeitos auma força central em que um deles, o astro director, tem uma massa muito superior à do outro, o astro dirigido.

Lei das órbitasA órbita do astro dirigido em torno do astro director é uma elipse, da qual o astro director ocupa um dos focos. Emgeral num sistema de dois corpos estes orbitam em torno do seu centro de massa. No entanto, quando um dos corpostem uma massa muito maior que o outro, o centro de massa do sistema praticamente coincide com o centro do corpode maior massa, pelo que se pode considerar que este está parado, e que o outro orbita em torno dele. A lei dasórbitas aplica-se a estes sistemas, como é o caso do Sistema Solar ou de satélites que orbitam em torno de umplaneta.

Ilustração da lei das áreas. Como o intervalo de tempo decorrido entre A e A' é igual aointervalo entre B e B', as áreas A1 e A2 são iguais.

Lei das áreas

O vector de posição de um corpo emrelação ao astro director varre áreasiguais em intervalos de tempo iguais.Esta lei é uma consequência daconservação do momento angular doastro dirigido que se encontra sob aacção de uma força central que apontasempre para o centro do astro director.Como a área varrida por unidade detempo é constante e o corpo não estásempre à mesma distância do astrodirector, a sua velocidade varia, sendomáxima quando a distância entre osdois corpos é mínima, e mínimaquando a distância é máxima.

Lei dos Períodos

A razão entre o cubo do semi-eixo maior da órbita de um planeta e o quadrado do respectivo período é umaconstante:

A constante K é chamada constante de Kepler e é igual para todos os corpos que orbitam em torno do mesmo astro.

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Leis de Kepler 2

Planeta Período(anos)

Distância média aoSol (UA)

Constante deKepler

Erro relativo (%)

Mercúrio 0,24085 0,387 1,001 0,08

Vénus 0,61520 0,723 1,001 0,1

Terra 1,00000 1,000 1,000 -

Marte 1,88071 1,524 0,999 0,07

Júpiter 11,85654 5,203 0,9981 0,2

Saturno 29,44750 9,537 0,9997 0,03

Úrano 84,01697 19,191 0,9987 0,1

Neptuno 164,79124 30,069 0,9989 0,1

|+Tabela 1: Cálculo da constante de Kepler para órbitas em torno do Sol. Oerro é relativo a K = 1 ano2UA-3 para a Terra.

Tabela 2: Cálculo da constante de Kepler para órbitas em torno de Júpiter.

Satélite Período (anos) Distância média a Júpiter (UA) Constante de Kepler

Io 4,843E-03 2,82E-03 1,04E+03

Europa 9,722E-03 4,49E-03 1,05E+03

Ganymede 1,959E-02 7,15E-03 1,05E+03

Callisto 4,569E-02 1,26E-02 1,05E+03

Referências1. Kepler, J., New Astronomy, Cambridge University Press, 1993.2. Feymnan, R., Leighton, R. & Sands, M., The Feynman Lectures on Physics, Vol,. 1, Addison-Wesley Publishing,1963.3. Feynman, R., Goodstein, J. & Goodstein, D., A lição esquecida de Feynman, Gradiva, 1997.4. Copernicus, N., Kepler, J., Galilei, G., Newton, I., Einstein, A. & Hawking, S., On the Shoulders of Giants,Running Press, 2002.

Criada em 20 de Abril de 2010Revista em 22 de Novembro de 2010Aceite pelo editor em 06 de Dezembro de 2010

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Leis da dinâmica de Newton 3

Leis da dinâmica de NewtonReferência : de Araújo, M. (2010), WikiCiências, 1(12):0201

Autor: Mariana de Araújo

Editor: Joaquim Agostinho Moreira [1]

As leis de Newton são um conjunto de três leis que relacionam as forças exercidas sobre um corpo com o seumovimento, e são suficientes para descrever completamente e de forma determinista a dinâmica de qualquer sistemaclássico, conhecidas as forças que sobre ele actuam, e as posições e velocidades de cada partícula num instante .Foram enunciadas por Sir Isaac Newton no seu livro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica em 1687.[1]

Primeira Lei (Lei da inércia): Um corpo em repouso ou em movimento rectilíneo uniformepermanecerá nesse estado, se a resultante das forças que nele actuam for nula.Segunda Lei (Lei fundamental da dinâmica): A taxa de variação temporal da quantidade demovimento de um corpo é igual à força resultante nele exercida, e tem a direcção dessa força.Terceira Lei (Lei da acção-reacção): Para cada acção existe uma reacção igual e oposta; i.e, as forçasresultantes da interacção entre dois corpos são iguais e simétricas, cada uma delas aplicada a um doscorpos.

Os sistemas físicos governados por estas leis são usualmente chamados sistemas clássicos. Estas leis, na suaformulação original, falham no limite quântico, e situações de altas velocidades e de altas energias, em que énecessário aplicar a Mecânica Quântica e Relatividade Geral.É de notar também que a terceira lei, na formulação aqui apresentada, implica que a perturbação que origina asforças se propagou a uma velocidade infinita. Uma formulação mais geral e correcta não impõe a simetria das forças.No entanto, na generalidade dos casos clássicos (exceptuando a electrodinâmica), esta lei pode ser assim utilizada,uma vez que as velocidades dos corpos envolvidos são muito inferiores à velocidade de propagação da interacção,podendo-se desprezar o intervalo de tempo de propagação e considerar, para todos os efeitos práticos, comoinstantânea.

Primeira Lei ou lei da inérciaUm corpo em repouso ou em movimento rectilíneo uniforme permanecerá nesse estado, se a resultante das forçasque nele actuam for nula.Esta lei é utilizada na definição de um referencial inercial. Apesar de poder aparentar ser um corolário da segundalei, na verdade ela define os referenciais em que a segunda lei é válida.

Segunda LeiA taxa de variação temporal da quantidade de movimento de um corpo é igual à força resultante nele exercida, e tema direcção dessa força.Em notação vectorial, sendo que a força resultante a soma vectorial de todas as forças que actuam no corpo:

Nos casos em que a massa do corpo não varia, esta lei toma a forma mais conhecida:

Traduz também a conservação do momento linear do corpo no caso da resultante das forças ser nula:

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Leis da dinâmica de Newton 4

Considere-se agora um sistema formado por N corpos. De um modo geral, estes corpos interactuam entre si e com oscorpos exteriores ao sistema. As interacções entre os corpos do sistema satisfazem a terceira lei de Newton, pelo quea sua resultante é nula. Contudo, a resultante das forças com origem na interacção do sistema com a vizinhança, podenão ser nula. A aplicação da segunda lei de Newton ao sistema de N corpos conduz à equação:

sendo a força resultante das interacções externas sobre o corpo i, e a sua quantidade de movimento.Utilizando a definição de quantidade de movimento do centro de massa, é imediato verificar que:

,

isto quer dizer que o movimento global de translação do sistema, sob a acção das forças externas, pode ser descritopelo movimento do centro de massa. No entanto, podem actuar no corpo forças que, apesar de terem resultante nula,provocam movimento de rotação do corpo, não havendo movimento do seu centro de massa.Consideremos o caso simples de um binário de forças, como ilustrado na figura. Os ponto A e B têm a mesmamassa, estão rigidamente ligados pelo segmento entre eles, e o sistema está inicialmente em repouso num plano. Seaplicarmos duas forças e , de igual módulo e sentidos opostos, nos pontos A e B respectivamente, o centro demassa permanecerá fixo, mas os pontos A e B irão descrever um círculo em torno dele.

Binário de forças

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Leis da dinâmica de Newton 5

Referências1. Newton, I., Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (“Mathematical Principles of Natural Philosophy”), [1],London, 1687.2. Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J., Fundamentals of Physics, J. Wiley & Sons, 2001.3. Feymnan, R., Leighton, R. & Sands, M., The Feynman Lectures on Physics, Vol,. 1, Addison-Wesley Publishing,1963.4. Alonso, M. & Finn, E., Física, Addison Wesley, 1999.

Criada em 03 de Novembro de 2010Revista em 06 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 06 de Dezembro de 2010

Campo EléctricoReferência : Ferreira, M. (2010), WikiCiências, 1(12):0202

Autor: Miguel Ferreira

Editor: Joaquim Agostinho Moreira [1]

Da experiência sabe-se que uma carga eléctrica cria um campo eléctrico no espaço vizinho.Quando um corpo electricamente carregado é colocado na região do espaço onde há campo eléctrico, esse corpo ficasujeito à acção de uma força eléctrica. Por definição, o campo eléctrico num dado ponto do espaço é igual à forçaeléctrica que actua na unidade de carga positiva que se coloca nesse ponto:

.

O campo eléctrico pode ser criado por cargas ou por campos magnéticos variaveis no tempo.No que se segue, apenas referiremos o campo eléctrico criado por cargas em repouso. Por simplicidade, iniciaremosa discussão com uma única carga pontual, Q, colocada na origem de um referencial, e que cria campo eléctrico. Paracaracterizar o campo produzido pela carga Q, utiliza-se uma carga de prova, positiva, de valor muito pequeno, q. Aforça eléctrica que actua na carga de prova é descrita pela lei de Coulomb, que pode ser formulada matematicamentedo seguinte modo:

.

Utilizando a definição operacional de campo eléctrico enunciada anteriormente, o campo eléctrico criado por umacarga pontual Q, num ponto na posição , é

,

sendo o versor da direcção definida pelo vector .Da expressão anterior podemos concluir que o campo eléctrico criado por uma carga pontual é radial, decai com oquadrado da distância entre o ponto considerado e a carga criado de campo. O cmpo é centrípeto se a carga criadorafor positiva, e centrífugo se a craga for negativa.A força de Coulomb obedece ao princípio da sobreposição; isto é, a força que várias cargas exercem sobre uma cargaq é igual à soma vectorial das forças individuais que cada carga do conjunto exerce sobre q. De acordo com adefinição operacional, o campo eléctrico obedece ao princípio da sobreposição. Matematicamente, o campo criadopor um conjunto de n cargas é dado por:

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Campo Eléctrico 6

No sistema internacional, as unidades de campo eléctrico são newton por coulomb (N/C) ou volt por metro (V/m).

Dependência do módulo do campoeléctrico criado por uma carga pontual na

distância à fonte.

O conceito de campo eléctrico é mais do que uma abordagem matemáticadiferente do fenómeno da interacção entre cargas eléctricas. De facto, ocampo eléctrico é uma entidade física real responsável por mediar ainteracção entre as cargas. Quando as cargas que dão origem ao campoeléctrico se movem, os seus movimentos são transmitidos aos corposcarregados que se encontram nas vizinhanças sob a forma de perturbações nocampo eléctrico. Estas perturbações difundem-se ao longo do campo àvelocidade da luz e vão alterar as características das forças provocadas pelocampo nos corpos carregados que se encontram nas vizinhanças.

Campo eléctrico criado por uma cargapositiva.

Campo eléctrico criado por uma carganegativa.

Linhas de Campo

Uma maneira útil de representar graficamente o campo eléctrico é através delinhas imaginárias, paralelas ao vector campo eléctrico em todos os pontos.Estas linhas têm o nome de linhas de campo. A representação de um campoeléctrico por linhas de campo permite visualizar a direcção e sentido docampo eléctrico em cada ponto do espaço, e permite comparar a intensidadedo campo eléctrico em duas regiões do espaço distintas. Ao representar-se umcampo eléctrico através das linhas de campo, a sua densidade espacial deveser proporcional à intensidade do campo eléctrico: em zonas onde o campoeléctrico é mais intenso, as linhas devem estar mais próximas umas dasoutras. Para além disso, as linhas nunca se podem cruzar porque nesse casohaveria uma ambiguidade na determinação do vector campo eléctrico nesseponto [ver figura].

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Campo Eléctrico 7

Carga pontual positiva. As linhasestendem-se até ao infinito e têm amesma direcção e sentido do vectorcampo eléctrico em todos os pontos

do espaço.

Duas carga pontuais positivas. Aslinhas de campo não existem onde o

campo é nulo. Cargas pontuais de sinais opostos. Aslinhas de campo começam na carga

positiva e terminam na negativa. está bem definido: é o único vectortangente à linha de campo naquele ponto.

Não é possível definir o vector porque no ponto em questão as linhas de

campo se cruzam.

Campo Eléctrico em CondutoresUm material condutor caracteriza-se por ter cargas eléctrics que se podem mover sob a acção de um campo eléctricoaplicado, dando origem a uma corrente eléctrica. Diz-se que um condutor está em equilíbrio electroestático quandonão há movimento organizado de carga, mesmo na presença de um campo eléctrico externo.No interior de materiais condutores em equilíbrio electrostático, o campo eléctrico é nulo. De facto, enquanto ocampo eléctrico não for nulo no interior do condutor, haverá movimentos organizados de carga no sentido de oanular. Por exemplo, quando um condutor é colocado num campo eléctrico externo, as cargas livres tendem areorganizar-se de maneira a anular o campo eléctrico no interior do condutor criando um outro campo eléctrico deintensidade igual e sentido oposto ao campo eléctrico externo. De acordo com o princípio da sobreposição, na regiãointerna do condutor os campos somam-se vectorialmente e anulam-se.Uma vez que o campo eléctrico no interior do candutor é nulo, o seu volume e superfície encontram-se ao mesmopotencial eléctrico.O campo eléctrico na superfície de um material condutor carregado e num regime electrostático, é perpendicular aessa superfície. A condição de se considerar uma situação electrostática é fundamental para se compreender a razãopela qual o campo só pode ser perpendicular. Se o campo não fosse perpendicular, isto é, se fosse possível decomporo campo numa componente paralela à superfície do condutor, haveria um movimento de cargas, o que contradiz acondição de equilíbrio electrostático.É possível provar [ver Leitura Recomendada],que o excesso de carga eléctrica num condutor em equilíbrioelectrostático se encobtra distribuída na sua superfície externa. Quer isto dizer que não há carga livre no interior docondutor.

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Campo Eléctrico 8

1. Condutor em equilíbrio electroestático; 2. Liga-se um campo eléctrico externo e passa a haver campo no interior do condutor; 3. As cargas

reorganizam-se e criam um campo ; 4. O movimento de cargas pára quando o campo eléctrico que criam tem o mesmo valor que o campoeléctrico exterior e o anula no interior do condutor.

Blindagem ElectroestáticaUm material condutor é capaz de isolar uma dada região do espaço da influência do campo

O campo eléctrico numa cavidade de um condutor éindependente do campo eléctrico no seu exterior.

eléctrico, isto é, havendo uma cavidade no interior de umcondutor, um campo eléctrico exterior não consegue penetrar nocondutor e exercer a sua influência no interior dessa cavidade. Damesma maneira, se existe uma carga livre dentro da cavidade deum condutor, o campo a que dá origem não consegue penetrar ocondutor. Contudo, para anular o efeito da carga interior, ocondutor tem que reorganizar a sua carga livre. Esta reorganizaçãoconduz ao aparecimento de um campo eléctrico nas vizinhanças docondutor. É importante salientar que este campo não se deve àcarga no interior da cavidade, mas às cargas livres do condutorapós a reorganização.

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Campo Eléctrico 9

Descontinuidade do Campo Eléctrico numa superfície electricamentecarregadaConsidere-se uma superfície electricamente carregada. O vector campo eléctrico num ponto dessa superfície pode serdecomposto numa componente perpendicular e numa componente paralela à superfície condutora. É possívelmostrar [ver Leitura Recomendada] que a componente perpendicular à

Decomposição do vectorcampo eléctrico em duas

componentes: éperpendicular à superfície e

é paralela.

superfície condutora é descontínua, enquanto que a componente paralela é contínua. Istoquer dizer que se se medir o campo eléctrico nos dois lados da uma superfície carregada,o valor da componente normal é diferente, e a sua diferença é uma constante que serelaciona com a densidade superficial de carga da superfície. De facto, é possível mostrar

que , em que é a densidade superficial de carga.

Exemplos de Campos Eléctricos

1. Campo eléctrico criado por uma esfera maciça de raio R, carregada uniformementecom carga :

, para

,

Campo eléctrico criado por uma esferamaciça carregada com carga Q.

2. Campo eléctrico criado por uma superfície esférica de raio Runiformemente carregada, com carga , fora da esfera:

,

3. Campo eléctrico produzido por um filamento rectilíneo de comprimentoilimitado, com densidade linear de carga constante :

Campo eléctrico criado por um filamentomuito comprido.

4. Campo eléctrico criado por um plano infinito com densidade superficial decarga :

, em que é o versor que aponta na direcção

perpendicular ao plano

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Campo Eléctrico 10

Leitura Recomendada1. Alonso, M. e Finn, E. J., Física, Addison Wesley, 19992. Purcell, E. M., Electricity and Magnetism, McGraw Hill, 19853. Brito, L., Fiolhais, M. e Providência, C., Campo Electromagnético, McGraw Hill, 1999

Criada em 03 de Outubro de 2010Revista em 06 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 06 de Dezembro de 2010

Constante de AvogadroReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0203

Autor: Ricardo Manuel Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

A constante de Avogadro é uma constante física fundamental, representada pelo símbolo NA (ou L), que correspondeao número de entidades elementares (átomos, moléculas, iões, radicais, electrões, fotões, etc.) existentes numa moleda substância considerada. Esta constante tem o valor de 6,022 141 79 (30) x 1023, correspondente ao número deátomos existentes em exactamente 0,012 kg de carbono-12† e apresenta as dimensões de mol-1.

Figura 1 - Selo italiano lançado no âmbito das comemorações do centésimo aniversário damorte de Avogadro ocorrida em 1856.

A constante de Avogadro foiintroduzida, em 1909, pelo físicofrancês Jean Perrin em homenagem aoquímico e físico italiano AmedeoAvogadro (figura 1) que, em 1811,publicou que: volumes iguais de gasesnas mesmas condições detemperatura e pressão contêm omesmo número de moléculas.[1]

No início do século XX utilizava-se otermo molécula-grama para designar amassa de uma determinada substânciaque no estado gasoso ocupava omesmo volume que dois gramas dehidrogénio (em iguais condições depressão e temperatura). Assim, com base no conceito de molécula-grama, Perrin propôs que a afirmação deAvogadro era equivalente a dizer que quaisquer duas moléculas-grama contêm sempre o mesmo numero N demoléculas, logo, N é uma constante universal invariável, à qual seria apropriado que se designasse por constante deAvogadro.[2]

Jean Perrin, que foi laureado com o prémio Nobel da Física em 1926, calculou a constante de Avogadro a partir domovimento browniano de partículas coloidais. Porém, não foi o primeiro cientista a determinar o seu valor. Em1865, o cientista austríaco Johann Josef Loschmidt com base na teoria cinética dos gases determinou a densidadenumérica de partículas existentes num determinado volume de gás, actualmente conhecida como constante deLoschmidt, que é proporcional à constante de Avogadro. É por causa de Loschmidt que, por vezes, se utiliza osímbolo L para representar a constante de Avogadro.

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Constante de Avogadro 11

Desde as primeiras estimativas até à actualidade, diferentes métodos foram utilizados para determinar a constante deAvogadro. Assim, esta constante pode ser determinada a partir da teoria cinética dos gases, a partir do movimentobrowniano, por métodos electroquímicos, a partir da teoria do corpo negro da radiação, pela contagem das partículasalfa resultantes de decaimento radioactivo ou a partir densidade cristalina obtida por raio-X. Em 1965, através dautilização da interferometria de raio-X, em conjunto com o uso de um cristal perfeito de silício (Si), conseguiu-se umprogresso assinalável na exactidão do valor da constante de Avogadro. Note-se que os valores da constante deAvogadro determinados pelas diferentes técnicas são concordantes entre si, o que confirma o postulado da existênciada átomos e moléculas proposto há cerca de dois séculos.[3,4]

Como já foi referido, a constante de Avogadro, quando foi proposta por Perrin, referia-se à quantidade de entidadeselementares existentes numa molécula-grama - unidade daquela época para especificar a quantidade de um compostoou de um elemento químico. No entanto, em 1971, na 14ª Conferência de Pesos e Medidas introduziu-se quantidadede substância como grandeza fundamental do Sistema Internacional, tendo-se adoptado a mole como unidade(representada pelo símbolo mol). Assim, por proposta da IUPAC, da IUPAP e da ISO, a mole foi definida como aquantidade de substância de um sistema que contém tantas entidades elementares como o número de átomosexistentes em 0,012 kg de carbono-12; em que a natureza das entidades elementares (átomos, moléculas, electrões,protões, etc.) tem de ser especificada.[5] A introdução da mole como unidade de quantidade de substância conduziu aque a constante de Avogadro passasse a ser formalmente definida como o número de átomos existentes emexactamente 0,012 kg de Carbono-12.O número de entidades elementares existentes numa pequena porção de substância é de tal modo elevado, que seriaum processo praticamente infinito determinar o número de entidades elementares aí existentes. Assim, a constante deAvogadro permite fazer a transição entre o microscópico e o macroscópico, isto é, conhecendo a massa de umasubstância e a massa molar, é possível a partir da constante de Avogadro determinar o número N de entidadeselementares aí existentes. Considere-se, como exemplo, 30,35642 g de sódio.O sódio tem uma massa molar, M, igual a 22,98976928 g∙mol-1. Logo, o quociente entre a massa de sódio, m, e arespectiva massa molar, M, é o número de moles, que multiplicado pela constante de Avogadro permite determinar onúmero de átomos existentes:

átomos de sódio (Na)

Verifica-se assim que 30,35642 g de sódio contêm 7.95183 x 1023 átomos.Para entender melhor a magnitude do valor numérico da constante de Avogadro NA = 6,022 x 1023 imagine-se que setinha como desafio contar o número de partículas existentes numa mole durante o intervalo de tempo correspondenteà idade do planeta terra, ou seja, cerca de 4,5 mil milhões de anos (4,5 x 109 anos). Logo, para superar o desafio eranecessário contar 4,2 milhões de partículas por segundo durante os 4,5 mil milhões de anos!

†Os átomos de carbono-12 devem estar no seu estado fundamental e não estarem quimicamente ligados entre si.

Referências1. Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and theProportions in Which They Enter into These Compounds [2], consultado em 12/06/2010.2. Brownian Motion and Molecular Reality [3], consultado em 12/06/2010.3. S. Ramaseasha, Resonance 11 (2006) 79-87, DOI:10.1007/BF02835688 [4].4. P. Becker, H. Friedrich, K. Fujii,W. Giardini, G. Mana, A. Picard. H. Pohl, H. Riemann, S. Valkiers, Meas. Sci.Technol. 20 (2009) DOI: 10.1088/0957-0233/20/9/092002 [5], consultado em 12/06/2010).5. International Bureau of Weights and Measures, 8th ed. (2006) 114–115 [6], consultado em 12/06/2010.

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Constante de Avogadro 12

Criada em 10 de Dezembro de 2010Revista em 10 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 10 de Dezembro de 2010

Efeito fotoeléctricoReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0204

Autor: Ricardo Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

O efeito fotoeléctrico é um fenómeno no qual são emitidos electrões de um material, geralmente metálico, quandoiluminado com radiação de frequência conveniente.O efeito fotoeléctrico foi observado pela primeira vez, em 1839, por Alexandre Bequerel, através de um eléctrodocolocado numa solução condutora exposta à luz. Em 1887, Heirich Hertz, observou que eléctrodos irradiados comluz ultravioleta originavam faíscas eléctricas com mais facilidade. Entre 1888 e 1981, Aleksandr Stoletev estudoudetalhadamente o efeito fotoeléctrico, tendo estabelecido a proporção directa entre a intensidade de radiaçãoelectromagnética que actuava na superfície metálica e a fotocorrente provocada por essa radiação.[1] Em 1902,Philipp Eduard von Lenard observou que a energia cinética dos electrões ejectados aumentava com a frequência daluz incidente, o que não estava de acordo com as leis da Física da época, que previam que a energia cinética doselectrões deveria ser proporcional à intensidade da radiação.Em 1905, Einstein, baseando-se na teoria do corpo negro de Max Planck, resolveu este aparente paradoxo ao proporque a luz deveria ser composta por quanta (unidades discretas de energia, actualmente denominados por fotões) e nãopor ondas contínuas e que a energia de cada quantum de luz deveria ser igual à frequência multiplicada por umaconstante, mais tarde denominada por constante de Planck. Usando esta hipótese, Einstein foi capaz de explicar ofenómeno observado de que a energia cinética máxima, Ecin, dos electrões ejectados varia com a frequência,ν, daradiação incidente através de:

em que h é constante de Plank, ν a frequência da radiação incidente, w0 a chamada função de trabalho, que equivaleà energia mínima necessária para remover um electrão da superfície de um dado material, c a velocidade da luz e λ ocomprimento de onda da radiação incidente.Pela explicação do efeito fotoeléctrico foi atribuído a Albert Einstein o Nobel da Física em 1921.[2]

Na actualidade, o efeito fotoeléctrico está na base de inúmeras aplicações práticas, sendo as fotocélulas, aparelhosfotocondutores e células solares exemplo disso.[3] Uma das aplicações mais usadas no quotidiano são as fotocélulasque actuam como sensores para abrir automaticamente portas ou sistemas semelhantes, usados por exemplo, quandose entra num edifício, ou para evitar que as mesmas se fechem quando existe algum obstáculo (caso dos elevadores).

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Efeito fotoeléctrico 13

Referências1. Wikipedia (en): Stoletov's law [1], consultado em 06/01/20102. The Nobel Prize in Physics, 1921 - Albert Einstein [2], consultado em 06/01/20103. Photoelectric Effect - Applications [3], consultado em 06/01/2010

Criada em 23 de Janeiro de 2010Revista em 10 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 10 de Dezembro de 2010

ElectróliseReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0205

Autor: Ricardo Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

Etimologicamente, electrólise significa "decomposição pela electricidade". A electrólise é, assim, um processo queutiliza corrente eléctrica para promover uma reacção química não espontânea. Para isso, um gerador de correnteeléctrica contínua é ligado aos eléctrodos de uma célula electrolítica forçando os electrões a participar em reacçõesprovocadas de oxidação num dos eléctrodos (o ânodo) e de redução no outro eléctrodo (o cátodo).No ano de 1800, os cientistas ingleses William Nicholson (1753-1815) e Anthony Carlisle (1768-1840), quandotentavam reproduzir as experiências de Allesandro Volta (1745-1827), com o objectivo de analisar as cargaseléctricas usando um electroscópio previamente desenvolvido por Nicholson, verificaram que ao inserirem os doisfios condutores metálicos provenientes da pilha de Volta num recipiente com água, se libertavam bolhas gasosas nassuperfícies dos fios condutores (hidrogénio e oxigénio).[1] Posteriormente, em 1807, o químico inglês Sir HumphryDavy (1778-1840) fez passar uma corrente eléctrica através de hidróxido de potássio e hidróxido de sódio fundidos,isolando os elementos potássio e sódio, respectivamente. Davy prosseguiu os seus estudos com metaisalcalino-terrosos, tendo isolado de forma semelhante o magnésio, o cálcio, o estrôncio e o bário. Em 1834, MichaelFaraday (1791-1867) introduziu, por sugestão do polímato Rev. William Whewell (1794-1866), o termo electróliseque deriva do grego electro + lysis e significa decomposição por acção da electricidade.[2]

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Electrólise 14

Figura 1 - Representação esquemática de uma célula electrólitica utilizada para umprocesso de galvanoplastia.

No quotidiano, a electrólise é um processomuito usado na preparação e purificação demetais, como por exemplo, na obtenção doalumínio a partir do mineral bauxite, ou narefinação do cobre na etapa final daextracção.A electrólise é também utilizada para aobtenção industrial de algumas substâncias(compostas e elementares), como porexemplo, o clorato de potássio, odi-hidrogénio, o dicloro, o hidróxido desódio e clorato de sódio.

A electrólise também está presente nosprocessos de electrodeposição,nomeadamente no processo degalvanoplastia, no qual se pretende orevestimento de uma superfície condutoraatravés da deposição, por acção de uma corrente eléctrica, de iões de um dado metal. A superfície que vai receber orevestimento metálico é ligada ao pólo negativo de uma fonte de alimentação comportando-se como um cátodo. Ometal que vai fornecer o revestimento é ligado ao pólo positivo e comporta-se como ânodo. Quando a fonte dealimentação é ligada, a acção da corrente eléctrica que flui no circuito provoca a redução (no cátodo) do catião emsolução e a oxidação do metal (no ânodo) (figura 1).

Referências1. RSC: Enterprise and electrolysis [1], consultado em 02/03/2010.2. Online Etymology Dictionary: electrolysis [2], consultado em 02/03/2010.

Criada em 27 de Março de 2010Revista em 14 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 14 de Dezembro de 2010

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Reagente limitante 15

Reagente limitanteReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0206

Autor: Ricardo Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

O reagente limitante é o reagente que numa reacção química se encontra em defeito, de acordo com as proporçõesestabelecidas pela equação química correspondente (proporções estequiométricas). Deste modo, a quantidademáxima possível de produto de reacção é determinada pela quantidade existente de reagente limitante, que écompletamente consumido se as reacções químicas forem completas. Os reagentes que no decurso de uma reacçãoquímica completa não se gastam na totalidade são designados por reagentes em excesso ou excedentários. Porém,quando os reagentes estão em proporções estequiométricas, todos os reagentes são reagentes limitantes.Considere-se o exemplo da equação química seguinte que representa a reacção entre o trióxido de diferro (Fe2O3) e oalumínio (Al):

Fe2O3(s) + 2 Al(s) 2 Fe(s) + Al2O3(s)

Através da equação verifica-se que uma mole de trióxido de diferro (Fe2O3) reage com duas moles de alumínio (Al),originando duas moles de ferro (Fe) e uma mole de trióxido de dialumínio (Al2O3). Supondo que se colocam 30,0 gde Fe2O3 na presença de 12,0 g de Al em condições propícias à reacção, qual é o reagente limitante?O primeiro passo consiste em converter a massa dos reagentes em quantidade de substância. Atendendo aos valoresde massa molar de cada um dos reagentes tem-se:

De seguida, para identificar o reagente limitante podem utilizar-se três métodos:

Método 1) Verificar qual dos reagentes se encontra em menor quantidade relativa

O reagente limitante é o que, numa reacção química, se encontra em menor quantidade relativa, ou seja, é aquele queapresenta menor quociente entre a respectiva quantidade de substância e o respectivo coeficiente estequiométrico naequação química que descreve a reacção. Algebricamente, o reagente limitante corresponde ao valor mínimoobtido através da equação (1) para os diferentes reagentes.

Assim, para a reacção acima referida em que a proporção estequiométrica (Fe2O3:Al) é 1:2, virá:

O menor dos dois quocientes é correspondente a Fe2O3 (0,188), logo este é o reagente limitante. Esta forma deidentificar o reagente limitante é particularmente útil quando há mais do que dois reagentes.

Método 2) Determinar o reagente que se encontra em defeito

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Reagente limitante 16

Através das proporções estequiométricas, determina-se qual dos reagentes se encontra em defeito. Deste modo,atendendo a que uma mole de Fe2O3 reage com duas moles de Al, qual o número de moles de Al necessário parareagir com 0,188 moles de Fe2O3?

Verifica-se que são necessárias 0,376 moles de Al para reagir com 0,188 mol de Fe2O3.Assim, uma vez que existem 0,455 mol de Al disponíveis para reagir, ou seja, uma quantidade superior à necessáriapara reagir com 0,188 mol de Fe2O3, o Al encontra-se em excesso. Logo, Fe2O3 é o reagente limitante.

Método 3) Calcular qual dos reagentes origina uma maior quantidade de produto dereacção

As proporções estequiométricas entre os reagentes e os produtos de reacção estabelecidas pela equação química,permitem calcular a quantidade máxima de produto que teoricamente se pode formar. Assim, o reagente limitante éaquele que, de acordo com a quantidade existente e com a proporção estequiométrica, produz uma menor quantidadede produto. Note-se que para calcular a quantidade de produto de reacção formado a partir dos regentes basta utilizarum dos produtos de reacção obtidos, uma vez que os resultados são independentes quer se opte por um ou por outro.No caso da reacção acima optou-se por calcular a quantidade formada de Fe.De seguida, de acordo com a relação estequiométrica da equação, calcula-se a quantidade de produto de reacção queé formada a partir da quantidade de substância de cada reagente.Quantidade de substância de Fe formada a partir de 0,188 mol de Fe2O3:

Quantidade de substância de Fe formada a partir de 0,445 mol de Al:

Verifica-se que é o reagente limitante é Fe2O3, uma vez que origina uma menor quantidade de produto de reacção,neste caso Fe.

ReferênciasGeneral Chemistry Glossary: limiting reactant [1], consultado em 08/04/2010.Source Book: Stoichiometry [2], consultado em 08/04/2010.UCDavis ChemWiki: Limiting Reagents [3], consultado em 08/04/2010.

Criada em 10 de Dezembro de 2010Revista em 14 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 14 de Dezembro de 2010

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Modelo atómico de Bohr 17

Modelo atómico de BohrReferência : Corrêa, C. (2010), WikiCiências, 1(12):0207

Autor: Carlos Corrêa [1]

Editor: Jorge Gonçalves [1]

A teoria atómica de Bohr foi apresentada em dois artigos publicados na revista Philosophical Magazine and Journalof Science, em Julho e Setembro de 1913, com o título “On the Constitution of Atoms and Molecules", Partes I e II.Bohr acentua que o seu artigo constitui uma tentativa de aplicação das ideias de Rutherford para uma teoria deconstituição do átomo, propondo-se discutir no primeiro artigo o mecanismo da ligação dos electrões a um núcleocom carga positiva utilizando a teoria de Planck. É neste primeiro artigo que apresenta o seu modelo atómico e seexplica a posição das riscas do espectro do átomo de hidrogénioRefere a inadequabilidade da termodinâmica clássica para explicar as propriedades dos átomos com base nummodelo como o de Rutherford, considerando um sistema constituído por um núcleo de pequeníssimas dimensões,com carga positiva +E, e um electrão descrevendo órbitas elípticas estacionárias à sua volta, tal qual sucede com osplanetas em volta do Sol. Por simplicidade considera a massa do electrão desprezável em relação à massa do núcleofixo, a velocidade do electrão pequena em relação à velocidade da luz e que não há qualquer emissão de energia.A permanência do electrão em óbita (por simplicidade considerada circular, de raio a) exige que a força atractiva aonúcleo (Ee/a2) seja igual à força centrífuga [ma(2 )2]*, sendo m a massa do electrão. Representando por W aenergia necessária para afastar o electrão a uma distância infinita do núcleo, obten-se o valor da frequência derotação e do diâmetro da órbita, 2a:

Contudo, dado que uma carga eléctrica em movimento circular emite radiação electromagnética, as órbitas doelectrão deixariam de ser estacionárias; W aumentaria sucessivamente e o electrão descreveria órbitas cada vezmenores, de maior frequência, acabando por cair no núcleo. Bohr concluiu que "é óbvio que o comportamento destesistema é muito diferente do que se verifica nos sistemas atómicos que se encontram na Natureza".É aqui que surgem as ideias de Planck: "Now the essential point in Planck´s theory of radiation is that the energyradiation from an atomic system does not take place in the continuous way assumed in the ordinary electrodynamics,but that it, on the contrary, takes place in distinctly separated emissions, the amount of energy radiated out from anatomic vibrator of frequency in a single emission being equal to , where is an entire number, and is auniversal constant".Na aplicação das ideias de Planck ao modelo atómico, Bohr assume que no processo de ligação do electrão ao núcleoé emitida radiação de frequência igual a metade da frequência de rotação do electrão em torno do núcleo (

) e a quantidade de energia emitida no processo é e, considerando as relaçõesanteriores, obteve as energias, frequências e dimensões das várias órbitas permitidas para o electrão:

Note-se que o valor de W é máximo para = 1, o que corresponde ao estado mais estável do sistema, isto é, aoestado em que o electrão está mais ligado e que requer maior quantidade de energia para ser removido†.Para o átomo de hidrogénio, E = e, e substituindo as constantes m, e, e h pelos respectivos valores3, vem 2a = 1,1 ×10-8 cm, = 6,2 × 1015 s-1 e W/e = 13 V, "valores que são da mesma ordem de grandeza das dimensões do átomo,das frequências "ópticas" e dos potenciais de ionização" conhecidos na época.Bohr refere que a importância da teoria de Planck tinha sido já apontada por Einstein e aplicada a uma série defenómenos por Stark, Nernst e Sommerfield. Refere os trabalhos de Nicholson, que publicou vários artigos em que

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Modelo atómico de Bohr 18

mostrou ser possível explicar as riscas, até então de origem desconhecida, nos espectros luminosos da corona solar ede nebulosas com base na presença de certos elementos nesses corpos celestes, aplicando a teoria de Planbck. Noentanto, havia sérias objecções aos modelos de Nicholson.O maior sucesso da teoria de Bohr surgiu ao explicar quantitativamente o espectro de emissão do átomo dehidrogénio, estudado por vários cientistas, entre os quais Rydberg, que verificou empiricamente que a posição asriscas (frequência, ) obedecia à relação

onde c é a velocidade da luz, RH é a constante de Rydberg (1,09678 × 107 m-1) e n1 e n2 são números inteiros epositivos, tais que n1 < n2.A quantidade de energia emitida na passagem do sistema de um estado correspondente a para um estadocorrespondente a é

o que permite obter os valores das frequências das riscas do espectro do hidrogénio.

"A concordância é quantitativa e também qualitativa. Para e = 4,7 × 10-10, e/m = 5,31 × 10-17 e h = 6,5 ×10-27

obtém-se

e o valor experimental é 3,29 × 1015 ".

Bohr nota que em descargas através de tubos a baixa pressão não foi possível encontrar mais de 12 riscas na série deBalmer, enquanto nos espectros de emissão de corpos celestes se observam 33 riscas, que são explicadas pela suateoria.Bohr explica a necessidade de se utilizarem baixas pressões para se obter um grande número de riscas nos espectrosatómicos. De acordo com o diâmetro que calculou para as órbitas (2a), para = 12, o diâmetro do átomo excitado éigual a 1,6 × 10-6 cm que é a distância média entre dois átomos à pressão de 7 mmHg. Para = 33 o diâmetro doátomo é de 1,2 × 10-5 cm, que é a distância média entre moléculas à pressão de 0,02 mmHg. Assim, para que adesexcitação possa ocorrer por emissão de radiação é necessário que os átomos excitados se encontremsuficientemente afastados uns dos outros, o que exige pressões muito baixas.Após uma série de outras discussões, o artigo de Bohr termina com uma generalização da hipótese utilizada no seumodelo:"Em qualquer sistema molecular constituído por um núcleo de carga positiva e electrões movendo-se em órbitascirculares, considerando o núcleo em repouso em relação aos electrões, o momento angular de cada electrão emrelação ao centro da sua órbita é igual a h/2 , em que h é a constante de Planck".

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Modelo atómico de Bohr 19

* Note-se que Bohr representou a frequência de rotação do electrão por que é o símbolo vulgarmente utilizado paraa pulsação, , sendo f a frequência.† É a energia de ionização. Actualmente considera-se a energia W negativa, pois para o electrão localizado a umadistância infinita, considera-se W = 0.‡ As unidades são as do Sistema cgs.

Criada em 22 de Abril de 2010Revista em 06 de Setembro de 2010Aceite pelo editor em 14 de Dezembro de 2010

Modelo atómico de RutherfordReferência : Corrêa, C. (2010), WikiCiências, 1(12):0208

Autor: Carlos Corrêa [1]

Editor: Jorge Gonçalves [1]

O modelo atómico de Rutherford (E. Rutherford, F.R.S., Universidade de Manchester) foi apresentado numacomunicação efectuada na Manchester Literary and Philosophical Society em 1911 e publicada na revistaPhilosophical Magazine and Journal of Science, em Maio de 1911, com o título “The Scattering of and Particles by Matter and the Structure of the Atom”.

Era convicção geral que os desvios de partículas (experiências de Geiger e Marsden[1]) e de partículas (trabalhos de Crowthers[2]) quando feixes destas partículas atravessavam finas lâminas metálicas (por exemplo, deouro, com espessura de cerca de 0,00004 cm) resultavam de uma série de sucessivos pequenos desvios.Thomson havia concluído, baseado nos resultados experimentais de Crowthers com partículas e em cálculosrealizados sobre o seu modelo de “bolo de passas”, que os ângulos de cada desvio deveriam ser pequenos eresultantes da interacção sucessiva com N electrões. Crowthers, em experiências de deflexão com vários metais,calculou até o número de electrões, N, que seria responsável pelos sucessivos desvios e que diferia do número deelectrões actualmente conhecido (Al. 27 em vez de 13, Cobre 42 em vez de 29, prata 78 em vez de 47, etc.).No entanto, alguns dos desvios de partículas ao atravessarem finas láminas de ouro eram mesmo superiores a 90º,o que era dificil de explicar com base na existência de pequenos desvios sucessivos, pois o cálculo da probabilidadede ocorrência de desvios sucessivos conduzia a valores extremamente baixos.Rutherford pensou que era razoável supor que os desvios elevados das partículas se deviam a um único encontroda partícula com uma zona de intenso campo eléctrico e não a uma série sucessiva de pequenos desvios. Assim,considerou um modelo, sobre o qual efectuou alguns cálculos, com a seguinte estrutura: “...um átomo que contémuma carga eléctrica Ne no seu centro rodeada por uma esfera electrificada de carga -Ne (ou +Ne)uniformemente distribuída numa esfera de raio R, em que e é a unidade fundamental de carga e N a carga centraldo átomo.”Por comodidade, Rutherford considerou a carga central positiva, +Ne, rodeada por carga negativa -Ne. Considerouque os desvios das partículas , carregadas positivamente, se deviam somente à carga central do átomo.Aqui surge o verdadeiro modelo de Rutherford: uma zona central - o núcleo - com carga positiva e uma zonadifusa à sua volta, com carga negativa - a nuvem electrónica.

Com base neste modelo, Rutherford determinou as trajectórias hiperbólicas das partículas no seu percurso através dos átomos que constituíam as folhas de ouro e calculou os ângulos de desvio quando os feixes de partículas passavam na vizinhança do centro do átomo (à distância p). Para valores de p pequenos, os ângulos de desvio

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podiam alcançar valores tão elevados como 120º ou 150º.Para lâminas tão finas como 0,0001 cm, deduziu que a probabilidade de uma segunda interacção com outro átomoera diminuta (da ordem de 0,000001). Geiger, realizando experiências com diferentes lâminas metálicas, concluiuque o valor de N era aproximadamente proporcional aos seus pesos atómicos.

Tanto para a deflexão de partículas como , a carga central Ne é proporcional ao peso atómico da partícula.Verificou que a carga positiva do núcleo era aproximadamente igual a 1/2 de Ae, em que A é o peso atómico(referido ao hidrogénio). Quer dizer que o número de electrões do átomo é cerca de metade do respectivo pesoatómico.Curiosamente, Rutherford conclui neste célebre artigo “The deductions from the theory so far considered areindependent of the sign of the central charge, and it has not so far been found possible to obtain definitive evidenceto determine whether it is positive or negative.”No seu segundo artigo, de Março de 1914 (Philosophical Magazine and Journal of Science, Série 6, Volume 27, pag.488-498), com o título "The Structure of the Atom", Rutherford começa por referir que o artigo vai tratar de algunspontos ligados à teoria do "núcleo" do átomo que tinha deliberadamente omitido no artigo anterior (1911).Escreve "Para explicar os grandes desvios angulares das experiências de dispersão das partículas , supuz que oátomo consistia num núcleo de pequenas dimensões carregado positivamente no qual se concentrava praticamentetoda a massa do átomo. Considerei o núcleo rodeado de electrões, de modo a tornar o átomo electricamente neutro,distribuidos a distâncias comparaveis ao que se considera ser o raio do átomo". Note-se que nada adianta sobre omodo como os electrões se moveriam em torno do núcleo.Concentra-se novamente em experiências de deflexão de Geiger e Marsden[3] realizadas em 1913, que continuam asubstanciar o seu modelo atómico. Rutherford [4] estendeu a sua análise à interacção de partículas com átomosmenores, como hidrogénio e hélio, concluindo que o núcleo do átomo de hidrogénio teria uma só carga positiva e onúcleo de hélio (partícula ) teria duas.Previu que, dada a carga e massa do átomo de hidrogénio, a aproximação das partículas levaria os átomos dehidrogénio a moverem-se com uma velocidade 1,6 vezes maior do que a das partículas , devendo ser possíveldetectar a ejecção destes átomos de hidrogénio. A frase de Rutherford "Mr Marsden has kindly made experiments forme to test whether the presence of such hydrogen atoms can be detected" mostra a sua íntima colaboração com estesexperimentalistas.

Refere a diferença entre o comportamento das partículas e , notando que estas, por terem carga contrária à cargado núcleo, são aceleradas na sua aproximação ao núcleo, podendo mesmo ser apanhadas numa órbita em espiral,acabando por cair no núcleo, o que explicava o desaparecimento de partículas na sua passagem através da matéria.Sobre as dimensões do núcleo escreve: "Para explicar a velocidade adquirida pelos átomos de hidrogénio nas suas"colisões" com partículas , é possível verificar por cálculo que que os centros dos núcleos de He e de H se devemaproximar a cerca de 1,7 × 10-13 cm. Isto é uma quantidade muito pequena, um pouco menor do que o valorgeralmente aceite para o diâmetro do electrão, cerca de 2 × 10-13 cm".

Rutherford interroga-se se existirão electrões no núcleo, questão já levantada por Bohr, que também concluiu que aspartículas provinham do núcleo.Segundo as palavras de Rutherford "é claro na base da teoria do núcleo que as propriedades físicas e químicas doselementos dependem inteiramente da carga nuclear, que determina o número e a distribuição dos electrões que orodeiam".A existência de isótopos é claramente prevista, pois "deve ter-se em mente que não é impossível, com base na teoriado núcleo, que os átomos possam diferir no seu peso atómico mas terem a mesma carga nuclear". O mesmo sucedecom a existência de isóbaros: "Se o núcleo for considerado uma mistura de núcleos de hidrogénio com carga + enúcleos de hélio com carga 2+, pode conceber-se que a existência de atomos com a mesma carga nuclear masdiferentes pesos atómicos".

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Modelo atómico de Rutherford 21

Este segundo artigo termina referindo os trabalhos de Bohr "Bohr chamou a atenção para as dificuldades deconstruir átomos baseados na teoria do "núcleo" e mostrou que as posições estáveis dos electrões não podem serdeduzidas da Mecânica Clássica. Por introdução de conceitos relacionados com o quantum de Planck, Bohrmostrou que, sob simples suposições, é possivel construir átomos simples e moléculas.(...) Embora haja muitasopiniões acerca da validade das suposições em Bohr que se baseia, não há nenhuma dúvida de que as suas teopriassão de grande interesse e importância para todos os físicos, como primeira tentativa de construir simples átomos emoléculas e explicar os seus espectros."

Referências1. Geiger e Marsden, Proc. Roy. Soc. A. Ixxxii. p. 495(1909)2. Crowther, Proc. Roy. Soc. A. Ixxxiv. p. 226(1910)3. Geiger e Marsden, Phil. Mag. xxv . p.604 (1913)4. Rutherford e Nuttall, Phil. Mag. xxvi . p.702 (1913)

Criada em 27 de Abril de 2010Revista em 06 de Setembro de 2010Aceite pelo editor em 14 de Dezembro de 2010

Fórmula de estruturaReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0209

Autor: Ricardo Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

Figura 1 - Fórmulas de estrutura de isómerosconstitucionais: (a) etanol; (b) metoximetano.

A fórmula de estrutura consiste na representação gráfica dasequência e modo de ligação dos átomos entre si (figura 1).

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Fórmula de estrutura 22

Figura 2 - Representação do anel do benzeno retiradode Kekulé's Lehrbuch der organischen Chemie

(1861–1867). Imagem obtida em:Chemical HeritageFoundation [1]

O químico escocês Archibald Scott Couper (1831–1892) foi umdos primeiros cientistas a representar a estrutura molecular de umdeterminado composto. Couper introduziu, em 1858, as fórmulasde estrutura, em que os átomos eram representados através dosrespectivos símbolos dos elementos químicos e as ligações entreos átomos eram representadas através de traços contínuos. Noentanto, Couper, devido aos adiamentos impostos pelo seusupervisor – o químico francês Charles Adolphe Wurtz(1817-1884), não publicou imediatamente os seus trabalhos. Comoconsequência, o químico alemão August Kekulé von Stradonitz(1829–1896) publicou um artigo com representações similaresalgumas semanas antes que Couper, tendo assim Kekulé ficadohistoricamente conhecido pela introdução da estrutura molecular eda tetravalência do carbono.[1] No decurso dos seus trabalhosKekulé ficou igualmente conhecido pela proposta da estruturacíclica do benzeno (figura 2).

Figura 3 - Fórmulas de Lewis: (a) molécula de H2(ligação covalente simples); (b) molécula de O2

(ligação covalente dupla); (c) molécula de N2 (ligaçãocovalente tripla).

Posteriormente o químico norte-americano Gilbert Newton Lewis(1875-1946) publicou, em 1916, o artigo The atome and themolecule em que introduziu as fórmulas químicas actualmentedesignadas por fórmulas ou estruturas de Lewis, nas quaisrepresenta os electrões de valência que participam nas ligaçõescovalentes entre os átomos e os respectivos electrões nãopartilhados existentes na molécula. Assim, utiliza-se umalinha/traço (–) para representar uma ligação simples ou um par deelectrões, podendo utilizar-se o ponto (•) como símbolo gráficopara representar um electrão ou dois pontos para um par deelectrões (••). Deste modo, as fórmulas de estruturas indicam aconectividade e o tipo de ligação que ocorre entre os átomos, emque as ligações simples são caracterizadas pela partilha de um parde electrões (figura 3a), as ligações duplas por dois pares deelectrões partilhados (figura 3b) e as ligações triplas pela partilhade três pares de electrões (figura 3c). Os electrões de valência quenão partilhados são colocados de forma adjacente ao átomo ao qual estão associados (figura 3b e 3c).

As fórmulas de estrutura são muito utilizadas em Química Orgânica, devido à enorme variedade de compostos que ocarbono pode originar. Assim, de modo a tornar a representação molecular mais simples utilizam-se formasabreviadas em que, por exemplo, os compostos representados na figura 1 podem ser escritos ao longo de um texto deuma forma condensada como CH3-CH2-OH (etanol) e CH3-O-CH3 (metoximetamo).

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Fórmula de estrutura 23

Figura 4 - Isómeros constitucionais: (a) etanol; (b) éterdimetílico.

Adicionalmente, foram introduzidas fórmulas de estrutura aindamais simplificadas, que têm a vantagem de serem fáceis dedesenhar, para representar estruturas complexas de uma formaclara e concisa. Nestas estruturas os átomos de carbono e dehidrogénio estão representados de modo implícito na extremidadedas linhas e nos vértices ao longo da estrutura, representando-seapenas os átomos que não sejam carbono ou hidrogénio(heteroátomos). Por exemplo, na figura 4 estão representadas asfórmulas dos isómeros constitucionais etanol e éter dimetílico.

Referências1. August Kekulé and Archibald Scott Couper [2], consultado em 20/08/2010.

IUPAC Gold Book: Structural formula [3], consultado em 20/08/2010.IUPAC Gold Book: Lewis formula [4], consultado em 20/08/2010.

Criada em 14 de Dezembro de 2010Revista em 15 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 15 de Dezembro de 2010

AminoácidoReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0210

Autor: Ricardo Manuel Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

Figura 1 - Estrutura genérica de um α-aminoácido.

Um aminoácido é uma substância cuja moléculacontém os grupos funcionais - amino (-NH2) ecarboxilo (-COOH). Num α-aminoácido existe umsubstituinte na posição 2 (R), que pode ser uma cadeiaalquílica ou arílica, podendo conter um dos seguintesgrupos: hidroxilo, amino, mercapto, sulfureto,carboxilo, guanidininilo ou imadazolilo (figura 1).O primeiro aminoácido natural a ser descoberto, aasparagina, foi isolado a partir do espargo (Asparagusofficinalis), em 1806, pelos químicos franceses LouisNicolas Vauquelin (1736-1829) e Pierre Jean Robiquet(1780-1840). Posteriormente, em 1810, foi descobertoo aminoácido cistina, que mais tarde, em 1884, se verificou ser um dímero constituído por duas moléculas decisteína. À medida que a química orgânica se foi desenvolvendo, novos aminoácidos foram isolados e na actualidadejá se identificaram cerca de 700.[1]

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Aminoácido 24

Os aminoácidos são compostos anfotéricos, uma vez que a sua estrutura apresenta dois grupos funcionais - amino ecarboxilo - que actuam como base e como ácido, respectivamente. Assim, ocorrem transferências de protões dosgrupos ácidos para os grupos básicos, formando espécies designadas por iões dipolares ou zwitteriões (do germânicozwitt, que significa ambivalente). A elevada polaridade da estrutura zwitteriónica permite que o aminoácido formeestruturas cristalinas relativamente solúveis em água. Porém, quando aquecidos (473-573 K ou 200-300 ºC), tendema decompor-se, antes de atingirem a temperatura de fusão.Em solução, os aminoácidos, se não têm cadeias laterais ionizáveis, apresentam dois grupos capazes de sofrerprotonação/desprotonação. Assim, a carga do aminoácido varia com o pH da solução. A pH baixo o grupo aminaencontra-se protonado originando um catião (figura 2a). À medida que o pH aumenta o grupo carboxílico édesprotonado, existindo um pH designado por pH ou ponto isoeléctrico, em que a que a extensão de protonação éigual à extensão de desprotonação, correspondendo à concentração máxima de aminoácido sob a forma de zwitterião(figura 2b). Aumentando mais o pH, apenas o grupo ácido se encontra desprotonado, ficando assim o aminoácidocom carga negativa (figura 2c).

Figura 2 - As três formas de um aminoácido de acordo com o pH da solução: (a) forma catiónica; (b) forma zwitteriónica; (c) forma

aniónica.

Os aminoácidos são extremamente importantes a nível bioquímico, uma vez que são a unidade básica de construção(monómeros) das proteínas, as quais desempenham funções vitais nos organismos como, por exemplo, na respiraçãocelular e no metabolismo. Apesar do elevado número de aminoácidos identificados até à actualidade, apenas cerca deduas dezenas de α-aminoácidos entram na constituição das proteínas de todas as espécies, desde os humanos até àsbactérias. No organismo humano, alguns α-aminoácidos são sintetizados pelo próprio organismo, porém, existem 8α-aminoácidos (fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofano e vanilina) que o organismonão consegue produzir, mas indispensáveis para o seu funcionamento. Assim, estes compostos designados poraminoácidos essenciais, necessitam obrigatoriamente de ser incluídos na dieta alimentar humana.Os aminoácidos apresentam diversas aplicações tecnológicas, sendo principalmente utilizados como aditivosalimentares em rações de animais, uma vez que o componente principal destas é à base de soja ou outrasleguminosas similares, que apresentam baixa percentagem de aminoácidos essenciais. Na indústria alimentar o ácidoglutâmico é utilizado como um aromatizante.[2] Os aminoácidos são igualmente utilizados como precursores nasíntese de alguns medicamentos utilizados, por exemplo, no tratamento da síndrome de Parkinson. Para aumentar abiodegrabilidade e biocompatibilidade de polímeros e tensioactivos os aminoácidos são também incorporados na suasíntese.[3]

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Aminoácido 25

Referências1. A. Quintas, A. P. Freire, M. J. Halpern, Bioquímica - Organização Molecular da Vida, Lidel: Lisboa, 2008, ISNB:978-972-757-431-5.

2. S. Garattini, J. Nutrition 130 (2000), 901S-909S Glutamic Acid, Twenty Years Late [1]

3. F. Sanda, T. Endo, Macromol. Chem. Phys. 200 (1999) 2651–2661,DOI:10.1002/(SICI)1521-3935(19991201)200:12<2651::AID-MACP2651>3.0.CO;2-P [2]

INTRODUCING AMINO ACIDS [3], consultado em 3/06/2010.

Criada em 28 de Setembro de 2010Revista em 15 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 16 de Dezembro de 2010

Fórmula estereoquímica

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Referência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0211Autor: Ricardo FerreiraFernandesEditor: Jorge Gonçalves Figura 1 - Fórmulas estereoquímicas de um par de enantiómeros. O arranjoespacial relativo dos átomos é diferente, porém, os compostos estão um para o outro como a imagem está para oobjecto num espelho plano.A fórmula estereoquímica é uma representação que indica a disposição espacial relativados átomos numa molécula (figura 1).Estas fórmulas foram introduzidas, por volta de 1859, no âmbito daestereoquímica (área que estuda as propriedades químicas dos compostos em função da disposição espacial dosátomos que compõem as moléculas) quando o químico francês Louis Pasteur observava cristais de sais do ácidotartárico. Pasteur verificou que os cristais apresentavam duas formas distintas que eram a imagem uma da outra numespelho. Quando separadas, estas duas formas de cristais apresentavam actividade optica, isto é, tinham a capacidadede rodar o plano de polarização da luz polarizada. Posteriormente, em 1872, o químico holandês Jacobus Henricusvan’t Hoff, baseado na tetravalência do carbono enunciada pelo químico alemão August Kekulé, propôs que aactividade óptica poderia ser explicada a partir dos arranjos espaciais dos substituintes em torno do carbono.Figura 2- Fórmulas estereoquímicas de isómeros cis-trans: (a) cis-1,2-dicloroeteno; (b) trans-1,2-dicloroeteno.As fórmulasestereoquímicas permitem compreender a relação entre a disposição espacial dos átomos e as propriedades dasmoléculas. Veja-se o exemplo dos isómeros cis-trans do 1,2-dicloroeteno (figura 2), em que os átomos de cloro sepodem encontrar do mesmo lado ou em lados opostos da ligação dupla. Como consequência, as duas moléculasapresentam diferentes momentos dipolares, o que afecta várias propriedades físicas. A forma cis, de maiorpolaridade, será menos volátil. Assim, a temperatura de ebulição é 333 K (60 ºC) para a forma cis e 321 K (48 ºC)para a forma trans.Figura 3 - Projecção de Fisher da D-glucose.O arranjo espacial relativo dos átomos nas moléculaspode também ser representado de um modo simplificado através da projecção da molécula no plano da folha deleitura (plano do papel). As projecções de Fisher, Haworth e Newman são as mais conhecidas.As projecções deFisher, assim designadas em homenagem ao químico alemão Hermann Emil Fisher, são particularmente utilizadasem Química Orgânica na representação de monossacarídeos (glucose, frutose). Nestas projecções, cada carbono e asquatro ligações que dele partem representam-se por uma cruz, na qual o átomo central (carbono) se encontra no

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Fórmula estereoquímica 26

ponto de intersecção. As linhas horizontais representam as ligações que estão na direcção do observador (para afrente do plano do papel) e as linhas verticais as ligações que se afastam do utilizador (para trás do plano do papel).A figura 3 representa a projecção de Fisher para a D-glucose.Figura 4 - Projecção de Haworth da β-D-glucose. Asprojecções de Haworth, assim denominadas em homenagem ao químico inglês Sir Walter Norman Haworth que asintroduziu, utilizam-se para representar a estrutura tridimensional das formas cíclicas dos monossacarídeos. Nestasprojecções, o anel é representado por um hexágono tendo como vérices um átomo de oxigénio e cinco átomos decarbono; os substituintes colocam-se nos extremos de segmentos de recta verticais, que partem dos vértices, paracima ou para baixo, conforme se trate de substituintes acima ou abaixo do plano do hexágono (figura 4).Figura 5 -Projecção de Newman das conformações gauche e anti do butano.As projecções de Newman, assim denominadas emhomenagem ao químico norte-americano Melvin Spencer Newman, utilizam-se para representar a disposiçãoespacial de 6 substituintes em torno de dois carbonos adjacentes. Consistem na projecção das 6 ligações esubstituintes num plano perpendicular à ligação C-C (plano do papel). Utilizam-se para representar confórmeros. Ossubstituintes ligados ao átomo de carbono mais próximo do observador são ligados ao centro de um pequeno círculo,enquanto os substituintes ligados ao carbono mais afastado ligam-se à parte exterior do círculo (figura 5).Representam aquilo que um observador veria se olhasse a molécula na direcção da ligação C-C.Referências IUPACGold Book: stereochemical formula, consultado em 30/06/2010. IUPAC Gold Book: projection formula, consultadoem 30/06/2010. IUPAC Gold Book: Fischer projection, consultado em 30/06/2010. IUPAC Gold Book: Newmanprojection, consultado em 30/06/2010. Chemical Heritage Foundation: Jacobus Henricus van’t Hoff, consultado em30/06/2010.Criada em 14 de Dezembro de 2010 Revista em 15 de Dezembro de 2010 Aceite pelo editor em 16 deDezembro de 2010

Período de semi-desintegraçãoReferência : Spencer Lima, L. (2010), WikiCiências, 1(12):0212

Autor: Luis Spencer Lima

Editor: Jorge Gonçalves [1]

O período de semi-desintegração (t1/2) de uma espécie radioactiva (também designado por tempo de semi-vida,tempo de meia-vida ou período de semi-transformação) representa o intervalo de tempo que é necessário decorrerpara que a sua actividade diminua para metade. Como a actividade (número de desintegrações radioactivas porunidade de tempo) é directamente proporcional ao número de núcleos atómicos radioactivos, o período desemi-desintegração é o tempo necessário para diminuir para metade o número de partículas radioactivas.A velocidade de desintegração radioactiva é directamente proporcional ao número de núcleos presentes nãodesintegrados

em que N representa o número de núcleos (não desintegradas) existente no instante t e λ a constante de desintegraçãoradioactiva (ou de decaimento), o que corresponde a um processo de decaimento primeira ordem. Por integração daequação diferencial obtém-se a equação que relaciona o número de partículas não desintegradas com o tempo:

Nesta equação, N0 representa o número inicial de núcleos. A constante de desintegração (ou de decaimento) é característica de cada isótopo radioactivo (radioisótopo) e é independente da temperatura, da pressão e da substância a que o radioisótopo pertence. A partir da equação (1) pode deduzir-se a equação que permite o cálculo de t1/2. Para

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Período de semi-desintegração 27

tal, e atendendo à definição de período de semi-desintegração, substitui-se na equação (1) N por N0/2 e t por t1/2,após rearranjo e simplificação, obtém-se

o que mostra que t1/2 é constante. Isto significa que, por cada período de semi-desintegração decorrido, o número departículas radioactivas reduz-se para metade da anterior:

Isto significa que, ao fim de 5 períodos de semi-desintegração, restam apenas 3,125 % do número inicial departículas. É prática corrente considerar que ao fim de 10 períodos de semi-desintegração o produto radioactivo seesgotou (a quantidade presente é cerca de mil vezes menor do que a inicial).O período de semi-desintegração é característico de cada isótopo e pode assumir valores tão distintos como algunsmilissegundos (3,4 ms é o t1/2 do meitnério-266, 266Mt) ou milhares de milhões de anos (4,468 109 anos é o t1/2 dourânio-238, 238U).Uma das aplicações mais importantes do período de semi-desintegração de um radioisótopo é na datação de objectose é com base em t1/2 que é feita a escolha do radioisótopo mais adequado à datação do objecto em questão.Por exemplo, se se pretende determinar a idade de uma rocha do período jurássico, ocorrido há mais de 145 milhõesde anos, não se pode utilizar o método de datação com carbono-14 (14C), porque como o seu período desemi-desintegração é de 5730 anos, significa que se passaram mais de 25300 períodos de t1/2, o que implica que aquantidade de 14C é praticamente nula. Os radioisótopos mais adequados para este caso seriam, por exemplo, o 238U(t1/2 = 4,468 109 anos), o 235U (t1/2 = 7,04 108 anos) ou o 40K (t1/2 = 1,248 109 anos). Para determinar a idadede um vinho, o radioisótopo mais adequado é o trítio, 3H, pois t1/2 = 12,3 anos. Quando o vinho é submetido àdeterminação do nível de trítio, juntamente com a água (que fornece o valor inicial de trítio), e se verifica que esteapresenta apenas 30,6 % (por exemplo) da quantidade de inicial de 3H (o que significa que 69,4 % do trítio sofreudesintegração), tal significa que foi engarrafado há 21 anos.

Criada em 16 de Dezembro de 2010Revista em 16 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 17 de Dezembro de 2010

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Ligação iónica 28

Ligação iónicaReferência : Manuel Ferreira Fernandes, R. (2010), WikiCiências, 1(12):0213

Autor: Ricardo Ferreira Fernandes

Editor: Jorge Gonçalves [1]

A ligação iónica é um tipo de ligação química que ocorre através da atracção electrostática entre iões de cargaoposta.A ligação iónica foi proposta no início do século XX pelo físico alemão Walther Ludwig Julius Kossel, e foiinterpretada com base na máxima estabilidade alcançada quando os átomos adquirem a configuração electrónica deum gás nobre, que neste caso é atingida pela transferência de electrões entre os átomos que participam na ligação.A ligação iónica ocorre entre átomos que apresentam diferenças acentuadas de electronegatividade, isto é, diferençasapreciáveis na capacidade de atrair electrões dos átomos a que se encontram ligados, como sucede entre os metais eos não-metais. O átomo não-metálico, que é mais electronegativo, capta os electrões do metal, adquirindo carganegativa (-) adquirindo a configuração electrónica do gás nobre mais próximo. Por seu lado, o átomo menoselectronegativo - o metal - que perde menos dificilmente os electrões de valência, alcançando a configuraçãoelectrónica do gás nobre mais próximo na tabela periódica, adquire simultaneamente carga positiva (+).Após se terem formado os respectivos catiões e aniões, surgem forças electrostáticas atractivas entre iões de cargaoposta (mais próximos) e repulsivas entre os iões de carga igual (mais afastados). Como consequência destasinteracções, a força resultante é atractiva e estabelece-se uma ligação, denominada ligação iónica, que mantém osaniões e os catiões unidos no cristal.Na prática, todas as ligações iónicas têm algum carácter covalente, sendo possível avaliar a quantidade de caráctercovalente (e iónico) de uma ligação, em vez de se considerar uma ligação como puramente iónica ou puramentecovalente. Assim, o químico norte-americano Linus Pauling propôs uma relação que permite estimar o carácteriónico de uma ligação que ocorre entre os átomos A e B:

Fracção de carácter iónico em que χA e χB representam a electronegatividade dos átomos A e B.

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Ligação iónica 29

Figura 1 - Estrutura cristalina do composto iónico cloreto de sódio(NaCl). As esferas violeta representam os catiões sódio (Na+); as

esferas verdes representam os aniões cloreto (Cl-).

Deste modo, as ligações com elevado carácter iónicooriginam compostos, geralmente sólidos, designadospor compostos iónicos, os quais não existem comomoléculas discretas, mas sim como estruturas gigantestridimensionais organizadas (estruturas cristalinas). Afigura 1 representa a estrutura cristalina do cloreto desódio (NaCl), em que o balanço das forças repulsivas eatractivas entre os iões Na+ e Cl- conduz a umempacotamento organizado numa estrutura cristalina.Os compostos iónicos formam-se igualmente entre iõescom cargas não unitárias como, por exemplo, o cloretode magnésio (MgCl2), em que o catião magnésio(Mg2+), que é um catião bivalente (carga 2+), interagecom dois aniões cloreto (Cl-). Os iões poliatómicoscomo, por exemplo, o catião NH4

+ e o anião NO3-,

formam também compostos iónicos dando origem,neste caso, ao nitrato de amónio (NH4NO3).

As elevadas temperaturas de fusão dos sólidos iónicoscomo, por exemplo, o cloreto de potássio (KCl) 1043 K (770 ºC), indica que as ligações iónicas são fortes, sendonecessário elevar consideravelmente a temperatura para aumentar a agitação de modo a vencer as elevadas forçaselectrostáticas entre os iões.

ReferênciasIUPAC Gold Book: Ionic bond [1], consultado em 11/07/2010.

Criada em 17 de Dezembro de 2010Revista em 17 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 17 de Dezembro de 2010

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Auto-ionização da água 30

Auto-ionização da águaReferência : Spencer Lima, L. (2010), WikiCiências, 1(12):0214

Autor: Luis Spencer Lima

Editor: Jorge Gonçalves [1]

A auto-ionização da água consiste na transferência de um protão entre duas moléculas de água com formação dosiões hidróxido (OH-) e oxónio (H3O+). A transferência é possível pelo facto de a água ser uma substância anfotérica,isto é, poder actuar como ácido e como base. A equação que ilustra a reacção de auto-ionização da água é a seguinte:

2 H2O(l) H3O+(aq) + HO-(aq)

A água desionizada, apesar do nome, contém os iões resultantes da sua auto-ionização. O número de aniõeshidróxido formados é igual ao número de catiões oxónio, pelo que, em água pura, a sua concentração é igual: [H3O+]= [OH-] = 1,0 10-7 mol dm-3, a 298 K (25 ºC) e a 105 Pa (1 bar). Quando [H3O+] = [OH-], a água diz-se neutra(em termos ácido-base), sendo esta a única condição que define neutralidade. Daqui resulta que o valor do pH daágua neutra é 7,0 à temperatura de 298 K e à pressão de 105 Pa.A constante de equilíbrio desta reacção é definida da seguinte forma:

em que Kw representa a constante de auto-ionização da água, também denominada produto iónico da água. A 298K (25 ºC) e a 105 Pa (1 bar), Kw = 1,0 10-14. A temperatura tem uma influência considerável na extensão dareacção de auto-ionização da água, ao contrário da influência da pressão, que é praticamente nula. Quanto maior fora temperatura maior é a extensão da reacção, o que significa que a concentração dos iões H3O+ e HO- é maior e, porconseguinte, menor é o valor de pH da água neutra e maior é o valor de Kw. Por exemplo, a 323 K (50 ºC) e a 105 Pa,Kw = 5,5 10-14 [1], logo [H3O+] = [HO-] = 2,3 10-7 mol dm-3, ou seja, para água pura neutra a esta temperaturae pressão, pH = 6,6. Para soluções de concentrações moderadas, o valor de Kw indica os valores mínimo e máximode [H3O+] para uma determinada temperatura, isto é, impõe os limites na escala de pH. A 298 K, o valor máximo depH é 14, enquanto a 323 K o valor máximo de pH é 13.2.

Referências1. A. V. Bandura, S. N. Lvov, J. Phys. Chem. Ref. Data 35 (2006) 15-30.

Criada em 17 de Dezembro de 2010Revista em 17 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 17 de Dezembro de 2010

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Modelo atómico de Thomson 31

Modelo atómico de Thomson

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Referência : Corrêa, C. (2010), WikiCiências, 1(12):0215Autor: Carlos CorrêaEditor: Jorge Gonçalves Neste modeloo átomo é constituído por electrões encastrados numa esfera maciça com carga eléctrica positiva uniformementedistribuída. O número de electrões é tal que torna o átomo electricamente neutro. O modelo é conhecido como "o dobolo de passas".MODELO ATÓMICO DE THOMSONDescrição histórica do modeloO modelo atómico deThomson (J. J. Thomson, F.R.S., Cavendish Professor de Física Experimental na Universidade de Cambridge) foiapresentado numa comunicação publicada na revista Philosophical Magazine and Journal of Science, em Março de1904, com o título “Sobre a Estrutura do Átomo: uma Investigação da Estabilidade e Períodos de Oscilação de umnúmero de Corpúsculos dispostos com iguais Intervalos numa Circunferência, com aplicação dos resultados à Teoriada Estrutura Atómica”[1]. Segundo Thomson, “A ideia de que os átomos dos elementos consistem num certonúmero de corpúsculos com carga eléctrica negativa embebidos numa esfera com carga eléctrica positivauniforme(...), sugere o estudo do movimento de um anel de partículas negativamente electrificadas embebidas numaesfera uniformemente electrificada”. É este o modelo de Thomson: anéis de electrões igualmente intervaladosmovendo-se em movimento circular, embebidos numa esfera maciça com carga positiva uniformemente distribuída(bolo de passas). Thomson tratou matematicamente este modelo considerando a força atractiva (de um electrão aocentro das esfera) e as forças repulsivas (dos restantes electrões sobre um electrão), que deveriam ser iguais para queo conjunto fosse estável. Considerou que os electrões se moveriam, rodando periodicamente no plano dacircunferência e ou vibrando perpendicularmente a este plano, e relacionou as frequências de vibração mecânicascom as frequências dos espectros atómicos, sem, no entanto ser capaz de prever os valores experimentais dasfrequências espectrais (como haveria de suceder com a teoria de Bohr). Thomson estudou sistemas com númerosvariáveis de electrões e verificou que a estabilidade dos sistemas dependia do número de electrões e da velocidadeangular dos anéis electrónicos. Para sistemas com mais de 6 electrões, poderia conseguir sistemas estáveis secolocasse um ou mais electrões em circunferências interiores. Calculou mesmo o número mínimo, p, de electrõesinternos que tornariam estável um anel de n electrões:      n .....5 6 7 8 9 10 15 20 30 40      p .....0 1 1 1 2 3 15 39 101232~ o que implicava que, para um número elevado de electrões, se formariam vários anéis. Os que se situavamperto da superfície da esfera teriam maior número de electrões. Para diferentes sistemas (átomos) viria: Número deElectrões51015202530354045505560Electrões emcadaanel58101213151616171819202579101213141516161356810111213134578113A partir da semelhança entrealguns destes sistemas de corpúsculos, Thomson interpretou a semelhança de propriedades de famílias de elementos,a sua variação ao longo da tabela de Mendeleieve, a diferente electronegatividade dos elementos bem como aformação de ligações iónicas entre certos átomos. A existência de elementos radioactivos foi interpretada comoresultado da diminuição da velocidade angular dos corpúsculos abaixo de um certo valor, que tornaria o sistema decorpúsculos instável com emissão de uma parte do átomo. 1. Phil. Mag., S. 6, Vol. 7, No.39, March. 1904 Criada em25 de Outubro de 2009 Revista em 17 de Dezembro de 2010 Aceite pelo editor em 17 de Dezembro de 2010

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Modelo atómico de Thomson 32

pHReferência : Corrêa, C. (2010), WikiCiências, 1(12):0216

Autor: Carlos Corrêa [1]

Editor: Jorge Gonçalves [1]

Tanto em Química como na vida corrente é muitas vezes necessário exprimir quantitativamente a acidez e abasicidade de soluções de um modo fácil, de preferência por um simples número. Assim, em 1909 o bioquímicodinamarquês Sorensen, para medir a acidez de soluções aquosas diluídas, introduziu uma grandeza denominada pH,que quantifica a maior ou menor quantidade de H+(aq) existente por litro de solução, através da relação

.

A escala de pH foi introduzida para simplificar a escrita de concentrações expressas por números muito pequenos.Assim, em vez de [H+(aq)] = 0,000025 mol dm-3 ou 2,5 x 10-5 mol dm-3, é mais prático escrever pH = 4,60.A 25 ºC, soluções com pH < 7 dizem-se ácidas e soluções com pH > 7 dizem-se alcalinas ou básicas; as soluçõesneutras, a 25 ºC, têm pH = 7,0.

Solução pH Solução pH

Suco gástrico ~ 1,3 - 2,5 Leite ~ 6,6

Vinagre ~ 2 - 3 Saliva ~ 6,8 - 7,3

Sumo de tomate ~ 4 Bílis ~ 7,6 - 8,5

Urina ~ 4,7 - 7,4 Água do mar ~ 8

Café ~ 5,0 Suco pancreático ~ 9

Chuva normal ~ 5,6 Amónia ~ 11

Tabela 1 - Exemplo de soluções aquosas ácidas e alcalinas (25 ºC).

Em soluções aquosas diluídas (até cerca de 0,1 mol dm-3), a acidez é tanto maior quanto maior for [H+(aq)].Para soluções mais concentradas, em que a abundância de moléculas de água para solvatar os iões H+ é mais escassa,os iões H+ encontram-se menos ligados a moléculas de água e a acidez do meio (capacidade para doar protões) ésuperior e não pode ser medida pelo pH. Por esta razão é vulgar apresentar-se a escala de pH compreendida entre 0 e14, pois dada a relação

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pH 33

se [H+(aq)] = 1 mol dm-3 = 100 mol dm-3, vem pH = 0. Se [HO–(aq)] = 1 vem [H+(aq)] = 10-14 mol dm-3 e pH =14.O pH é medido utilizando eléctrodos de vidro, que deixam de dar resultados aceitáveis quando [H+(aq)] e [HO–(aq)]se tornam superiores a 0,1 mol dm-3 (pH fora do intervalo 1 - 13)a.Na definição rigorosa de pH, em vez de concentração, utiliza-se a actividade, A actividade é uma grandeza termodinâmica que se torna igual à concentração em soluções bastante diluídas. Aacidez e a alcalinidade de soluções de ácidos e de bases muito concentrados é medida por outras funções de acidez,com as Funções de Acidez de Hammett.

Criada em 20 de Maio de 2010Revista em 17 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 17 de Dezembro de 2010

Campo EléctricoReferência : F., M. (2010), WikiCiências, 1(12):0217

Autor: Miguel F.

Editor: Joaquim Agostinho Moreira [1]

O campo eléctrico é uma realidade física com origem em cargas eléctricas ou em variações temporais de um campomagnético. No que se segue, apenas será discutido o campo eléctrico com origem em cargas estacionárias.Quando um corpo electricamente carregado é colocado na região do espaço onde existe um campo eléctrico criadopor um conjunto de cargas estacionárias, esse corpo fica sujeito à acção de uma força eléctrica. Considere-se quenum ponto do espaço onde existe um campo eléctrico se coloca uma partícula carregada positivamente, mas cujovalor é muito pequeno, designada por carga de teste. Esta condição garante que a carga de prova ou de teste nãoinfluência significativamente a distribuição de cargas que cria o campo eléctrico. Por definição, o campo eléctriconum ponto do espaço é igual à força eléctrica que actua por unidade de carga positiva colocada nesse ponto, nolimite em que o valor da carga tende para zero:

.

Por simplicidade, iniciaremos a discussão do campo eléctrico criado por uma única carga pontual, Q, colocada naorigem de um referencial. Para caracterizar o campo produzido pela carga Q, utiliza-se uma carga de prova q. Aforça eléctrica que actua na carga de prova, quando esta se encontra na posição definida pelo vector de posição , édada pela lei de Coulomb, que pode ser formulada matematicamente do seguinte modo:

.

Utilizando a definição operacional apresentada anteriormente, o campo eléctrico criado pela carga pontual Q, numponto na posição , é:

,

sendo o versor da direcção definida pelo vector .Da expressão anterior podemos concluir que o campo eléctrico criado por uma carga pontual é radial, decai com oquadrado da distância entre o ponto considerado e a carga criadora de campo, pelo que a sua intensidade é igual emtodos os pontos à mesma distância da carga criadora de campo. O campo eléctrico é centrípeto se a carga criadora for

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Campo Eléctrico 34

negativa, e centrífugo se a carga for positiva.A força de Coulomb obedece ao princípio da sobreposição; isto é, a força que várias cargas exercem sobre uma cargaq é igual à soma vectorial das forças individuais que cada carga do conjunto exerce sobre q. De acordo com adefinição operacional, o campo eléctrico também obedece ao princípio da sobreposição. Matematicamente, o campocriado por um conjunto de n cargas pontuais é dado por:

.A expressão matemática que descreve o campo eléctrico criado por uma distribuição contínua de carga é maiscomplexa do que esta. Contudo, as ideias de base envolvem o princípio da sobreposição de campo criados porelementos de carga da distribuição.No sistema internacional de unidades, o campo eléctrico pode ser expresso newton por coulomb (N/C) ou volt pormetro (V/m). A unidade recomendada é o volt por metro. 1 V/m é a intensidade de um campo eléctrico uniforme talque a diferença de potencial entre duas superfícies equipotenciais separadas de 1 m, é 1 V.

Dependência do módulo do campoeléctrico criado por uma carga pontual na

distância à fonte.

Campo eléctrico criado por uma cargapositiva.

Campo eléctrico criado por uma carganegativa.

Linhas de Campo

Uma maneira útil de representar graficamente o campo eléctrico é através delinhas imaginárias, paralelas ao vector campo eléctrico em todos os pontos.Estas linhas têm o nome de linhas de campo. A representação de um campoeléctrico por linhas de campo permite visualizar a direcção e sentido docampo eléctrico em cada ponto do espaço, e permite comparar a intensidadedo campo eléctrico em duas regiões do espaço distintas. Ao representar-se umcampo eléctrico através das linhas de campo, a sua densidade espacial deveser proporcional à intensidade do campo eléctrico: em zonas onde o campoeléctrico é mais intenso, as linhas devem estar mais próximas umas dasoutras. Para além disso, as linhas nunca se podem cruzar porque nesse casohaveria uma ambiguidade na determinação do vector campo eléctrico nesseponto [ver figura].

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Campo Eléctrico 35

Carga pontual positiva. As linhasestendem-se até ao infinito e têm amesma direcção e sentido do vectorcampo eléctrico em todos os pontos

do espaço.

Duas carga pontuais positivas. Aslinhas de campo não existem onde o

campo é nulo. Cargas pontuais de sinais opostos. Aslinhas de campo começam na carga

positiva e terminam na negativa. está bem definido: é o único vectortangente à linha de campo naquele ponto.

Não é possível definir o vector porque no ponto em questão as linhas de

campo se cruzam.

Campo Eléctrico em CondutoresUm material condutor caracteriza-se por ter cargas eléctricas que se podem mover sob a acção de um campoeléctrico aplicado, dando origem a uma corrente eléctrica. Diz-se que um condutor está em equilíbrio electrostáticoquando não há movimento organizado de carga, mesmo na presença de um campo eléctrico externo.No interior de materiais condutores em equilíbrio electrostático, o campo eléctrico é nulo. De facto, enquanto ocampo eléctrico não for nulo no interior do condutor, haverá movimento organizado de carga no sentido de o anular.Por exemplo, quando um condutor é colocado num campo eléctrico externo, as cargas livres tendem a reorganizar-sede maneira a anular o campo eléctrico no interior do condutor criando um outro campo eléctrico de intensidade iguale sentido oposto ao campo eléctrico externo. De acordo com o princípio da sobreposição, na região interna docondutor os campos somam-se vectorialmente e o resultado é um campo nulo.Uma vez que o campo eléctrico no interior do condutor é nulo, o seu volume e superfície encontram-se ao mesmopotencial eléctrico.O campo eléctrico na superfície de um material condutor em equilíbrio electrostático, é perpendicular a essasuperfície. A condição de se considerar uma situação electrostática é fundamental para se compreender a razão pelaqual o campo só pode ser perpendicular. Se o campo não fosse perpendicular, isto é, se fosse possível decompor ocampo numa componente paralela à superfície do condutor, haveria um movimento de cargas na superfície, o quecontradiz a condição de equilíbrio electrostático.É possível provar [ver Leitura Recomendada],que o excesso de carga eléctrica num condutor em equilíbrioelectrostático se encontra distribuída na sua superfície externa. Quer isto dizer que não há carga livre no interior docondutor.

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1. Condutor em equilíbrio electroestático; 2. Liga-se um campo eléctrico externo e passa a haver campo no interior do condutor; 3. As cargas

reorganizam-se e criam um campo ; 4. O movimento de cargas pára quando o campo eléctrico que criam tem o mesmo valor que o campoeléctrico exterior e o anula no interior do condutor.

Blindagem ElectroestáticaUm material condutor, que envolve por completo uma dada região do espaço (cavidade) é capaz de a isolar dainfluência de campos eléctricos exteriores

O campo eléctrico numa cavidade de um condutor éindependente do campo eléctrico no seu exterior.

. Prova-se que o campo eléctrico no interior de uma cavidade vaziade um condutor é nulo. Imagine-se que assim não é. Isso significaque no interior da cavidade podemos traçar linhas de campo comorigem num ponto da superfície da cavidade para outro.Consideremos um percurso fechado que é contituído por uma daslinhas de campo na cavidade e por um percurso totalmenteinserido np condutor. Uma vez que o campo eléctrico éconservativo e o campo eléctrico no interior do condutor é nulo, aexistência de linhas de campo na cavidade permite concluir que otrabalho realizado para transportar uma carga no percuro fechadodefinido atrás não é nulo. Assim sendo, o campo eléctrico deve sernulo na cavidade vazia do condutor. Para que isso aconteça, as cargas no condutor reorganizam-se de modo a anularo campo eléctrico externo.

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Descontinuidade do Campo Eléctrico numa superfície electricamentecarregadaConsidere-se uma superfície electricamente carregada. O vector campo eléctrico num ponto dessa superfície pode serdecomposto numa componente perpendicular e numa componente paralela à superfície condutora. É possívelmostrar [ver Leitura Recomendada] que a componente perpendicular à

Decomposição do vectorcampo eléctrico em duas

componentes: éperpendicular à superfície e

é paralela.

superfície condutora é descontínua, enquanto que a componente paralela é contínua. Istoquer dizer que se se medir o campo eléctrico nos dois lados da uma superfície carregada,o valor da componente normal é diferente, e a sua diferença é uma constante que serelaciona com a densidade superficial de carga da superfície. De facto, é possível mostrar

que , em que é a densidade superficial de carga.

Exemplos de Campos Eléctricos

1. Campo eléctrico criado por uma esfera maciça de raio R, carregada uniformementecom carga :

, para

,

Campo eléctrico criado por uma esferamaciça carregada com carga Q.

2. Campo eléctrico criado por uma superfície esférica de raio Runiformemente carregada, com carga , fora da esfera:

,

3. Campo eléctrico produzido por um filamento rectilíneo de comprimentoilimitado, com densidade linear de carga constante :

Campo eléctrico criado por um filamentomuito comprido.

4. Campo eléctrico criado por um plano infinito com densidade superficial decarga :

, em que é o versor que aponta na direcção

perpendicular ao plano

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Leitura Recomendada1. Alonso, M. e Finn, E. J., Física, Addison Wesley, 19992. Purcell, E. M., Electricity and Magnetism, McGraw Hill, 19853. Brito, L., Fiolhais, M. e Providência, C., Campo Electromagnético, McGraw Hill, 1999

Criada em 03 de Outubro de 2010Revista em 28 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 28 de Dezembro de 2010

MassaReferência : de Araújo, M. (2010), WikiCiências, 1(12):0218

Autor: Mariana de Araújo

Editor: Joaquim Agostinho Moreira [1]

Em ciência, o termo "massa de um corpo" pode referir-se à sua massa inercial, bem como à sua massa gravitacional,apesar de estar verificado que as duas são equivalentes. Também é comum, no contexto da relatividade restrita,designar por "massa" a massa em repouso do corpo.A massa inercial (mi) de um corpo é a constante de proporcionalidade entre a força resultante que actua nele e a suaaceleração (excepto se considerarmos um sistema de massa variável). A massa inercial pode ser medida através deum método dinâmico, fazendo colidir frontalmente o corpo com outro em repouso, cuja massa é tomada comounidade. Temos então que:

.Medindo as velocidades finais dos dois corpos e conhecida a massa do corpo de referência, podemos calcular amassa inercial do outro.A massa gravitacional (mg)é a propriedade dos corpos responsável pela interacção gravítica entre eles, tal como acarga é reponsável pela interacção eléctrica e magnética. A massa gravitacional é medida através de um métodoestático, utilizando uma balança de dois pratos em equilíbrio. Quando os pratos da balança estão equilibrados, aforça gravítica exercida pela Terra em cada corpo colocado nos pratos da balança é igual.A equivalência entre massa inercial e gravitacional foi observada pela primeira vez por Galileo, ao verificar quecorpos com massas diferentes em queda livre têm a mesma aceleração. Pela segunda lei de Newton e pela lei dagravitação universal (próximo da superfície da Terra) temos:

pelo que a aceleração de um corpo em queda livre é sempre igual a g se para todos os corpos . Esta relação

é chamada princípio da equivalência, de grande importância na teoria da relatividade geral. Actualmente a razãoentre massa inercial e gravítica está confirmada com uma precisão de 10-13 [1].

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Referências1. Adelberger, E.G., “New tests of Einstein’s equivalence principle and Newton’s inverse-square law” [1], Class.Quantum Grav., 18, 2397–2405, (2001).

Criada em 06 de Setembro de 2010Revista em 28 de Dezembro de 2010Aceite pelo editor em 28 de Dezembro de 2010

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Fontes e Editores da Página 40

Fontes e Editores da PáginaLeis de Kepler  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=22794  Contribuidores: Admin

Leis da dinâmica de Newton  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=5903  Contribuidores: Jamoreir

Campo Eléctrico  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=5922  Contribuidores: Admin

Constante de Avogadro  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=5940  Contribuidores: Jmgoncalves

Efeito fotoeléctrico  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7122  Contribuidores: Admin

Electrólise  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7144  Contribuidores: Admin

Reagente limitante  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7157  Contribuidores: Admin

Modelo atómico de Bohr  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=24111  Contribuidores: Admin

Modelo atómico de Rutherford  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=17094  Contribuidores: Admin

Fórmula de estrutura  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7158  Contribuidores: Admin

Aminoácido  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=5994  Contribuidores: Admin, Jmgoncalves

Fórmula estereoquímica  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7159  Contribuidores: Admin

Período de semi-desintegração  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7184  Contribuidores: Admin

Ligação iónica  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7160  Contribuidores: Admin

Auto-ionização da água  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7187  Contribuidores: Admin

Modelo atómico de Thomson  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=17093  Contribuidores: Admin

pH  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=17095  Contribuidores: Admin

Campo Eléctrico  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=6257  Contribuidores: Admin

Massa  Fonte: http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php?oldid=7223  Contribuidores: Admin

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