Fabrício F. AnsanteTayná R. Alves

A Física Atômica é o ramo da física que estuda as camadas eletrônicas dos átomos.

O átomo (do latim a = não ; tomos = divisão) é

uma unidade básica de matéria, constituída por um núcleo

que possui cargas positivas envolto por camadas

eletrônicas com cargas negativas (os elétrons).

Na Grécia Antiga, Leucipo e Demócrito

propuseram que o átomo era a menor partícula de toda a

matéria existente e que seria impossível dividi-lo.

Hoje, sabe-se que o átomo já foi dividido.

Sabe-se, atualmente, que o átomo é 10.000 a 100.000 vezes maior que seu núcleo.

Pode-se fazer a seguinte comparação: o átomo é como se fosse um estádio de futebol e o núcleo do

átomo seria uma formiga colocada ao centro do estádio.

Ao decorrer da história, foram realizados muitos estudos sobre o átomo e surgiram os modelos atômicos.

Modelo atômico de Dalton (1803)“A bola de bilhar”

Em 1903, John Dalton - químico, meteorologista e físico inglês – propôs que o átomo era como uma

bola de bilhar, maciço e indivisível.

A partir dos seus estudos sobre essa partícula, Dalton estabeleceu os seguintes postulados:

→ Toda a matéria é constituída por partículas indivisíveis, indestrutíveis e que não podem ser criadas, os

átomos. Eles permanecem unidos por uma força de atração mútua;

→ Cada substância é constituída por um único tipo de átomo;

→ Todos os átomos de uma substância são idênticos no que se diz respeito à forma, ao tamanho, à

massa e às demais propriedades.

Modelo atômico de Thomson (1897)“O pudim de passas”

Com a descoberta do elétron (partícula de carga negativa) em 1987, o modelo de John Dalton tornou-

se ultrapassado. Surge então um outro modelo atômico, proposto pelo físico Joseph John Thomson.

O modelo de Thomson ficou conhecido como “pudim de passas”, em que o átomo poderia ser

comparado a um pudim, em que a ‘massa’ do pudim representa a carga positiva e as ‘passas’ que estão entre a

massa representam os elétrons, cargas negativas.

“Massa” de carga positiva (+)

Elétrons, cargas negativas (-)

Modelo atômico de Rutherford (1908)“O sistema solar”

Em 1908, algumas experiências realizadas com partículas alfa (α) e uma lâmina bem fina de ouro

(Au) permitiram ao físico neozelandês Ernerst Rutherford propor o seu modelo atômico.

O modelo de Rutherford era muito parecido com o sistema solar, em que o núcleo do átomo poderia

ser comparado ao Sol e os elétrons seriam os planetas, orbitando em torno do núcleo.

A partir de seus estudos, Rutherford concluiu:

→ O átomo é vazio;

→ O núcleo do átomo é muito pequeno;

→ O núcleo do átomo possui cargas positivas, os prótons;

→ Os elétrons (cargas negativas) que estão ao redor do átomo, na eletrosfera, tem a função de

equilibrar as cargas positivas.

Mais tarde, após alguns estudos sobre o núcleo do átomo, James Chadwick provou a existência de

uma partícula sem carga elétrica e com massa igual a dos prótons (+) e chamou-as de nêutrons.

Modelo atômico de Bohr (1910)

Dois anos após Rutherford ter proposto seu modelo atômico, o físico dinamarquês Niels Bohr

aperfeiçoou-o , propondo que os átomos possuem energia quantizada, ou seja, cada elétron tem apenas uma

determinada quantidade de energia.

Bohr concluiu que os elétrons giravam em torno do núcleo em camadas eletrônicas, sem perder

energia. Cada camada eletrônica possui uma quantidade de energia específica.

Quando um elétron salta de uma camada menor para uma camada maior, ele absorve energia;

quando um elétron salta de uma camada maior para uma camada menor, ele emite energia em forma de luz,

denominada de “fóton” ou “quantum”.

Fóton

Os níveis e subníveis de energia

Na eletrosfera, os elétrons giram em torno do núcleo em divisões chamadas de camadas ou níveis de

energia. Cada camada possui uma quantidade específica de energia. As camadas de energia são sete: K, L, M, N,

O, P e Q e cada uma comporta, respectivamente, 2, 8, 18, 32, 32, 18 e 8 elétrons.

Cada uma das camadas eletrônicas se dividem em subcamadas ou subníveis. Esses subníveis são

representados pelas letras minúsculas: s (sharp); p (principal); d (diffuse) e f (fundamental).

Quando um elétron salta de uma camada para outra ele passa por essas subcamadas, como que se

estivesse saltitando até a outra camada eletrônica.

O químico estadunidense Linus Carl Pauling criou um diagrama para representar os subníveis de

energia em ordem crescente.

As partículas elementares

Segundo o modelo atômico de Bohr, o átomo é formado por um núcleo de cargas positivas (prótons e

nêutrons) e por cargas negativas (elétrons) que estão em órbita em torno desse mesmo núcleo, dispostos em

camadas eletrônicas que, por sua vez, são divididas em subníveis de energia.

Cada uma das partículas fundamentais (prótons, nêutrons e elétrons) são formadas por partículas

ainda menores, denominadas partículas elementares. Essas partículas são conhecidas como Quarks e Léptons.

Os quarks e léptons não são formados por nenhuma outra partícula, porem são a base de

formação de todas as outras partículas.

Os quarks dividem-se em seis: up, down, charm, stange, top e bottom. Um próton é formado por um

dois quarks “up” e um quark “down”. Um nêutron é formado por dois quarks “down” e um quark “up”.

Os léptons são partículas encontradas fora do núcleo atômico, diferentemente dos quarks, são

maciças dentre as quais se destacam o elétron, o muon e o tau (e seus respectivos neutrinos).

Em síntese, toda a matéria que existe é composta por átomos. Os átomos são compostos por um

núcleo e por camadas eletrônicas. O núcleo do átomo é formado por prótons e nêutrons (cargas positivas). Os

prótons e nêutrons são formados por partículas elementares, os quarks. As camadas eletrônicas são divididas em

subcamadas (ou subníveis) de energia. Em cada camada são dispostas determinadas quantidades de elétrons. Os

elétrons, por sua vez, são constituídos de léptons.

Os fótons

Os fótons são as partículas elementares que

compõem a luz. Como qualquer outra partícula, os fótons

possuem energia. A relação energia-frequência nos fótons é

proporcional e relacionada por uma constante a Constante de

Plank, dada pela equação : .

Max Plank foi um cientista alemão que, com seus

estudos, deu origem a um ramo da física que hoje conhecemos

por Física Quântica. Em suas teorias, Plank propõe que cada

átomo só pode trocar pacotes discretos de energia.

O efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico ocorre quando uma placa

metálica é exposta a uma radiação eletromagnética de alta

frequência, como um feixe de luz, e elétrons se soltam da placa.

A teoria dos fótons explica que, a intensidade da luz

é proporcional ao número de fótons. Estes, por sua vez,

determinam o número de elétrons a serem arrancados da placa

metálica. Quanto maior for a frequência, mais elétrons se

desprenderão da placa metálica.

As radiações

Radiações são ondas eletromagnéticas ou partículas que se

propagam com uma determinada velocidade. Contêm energia, carga

elétrica e magnética. Podem ser geradas por fontes naturais ou por

dispositivos construídos pelo homem. Possuem energia variável desde

valores pequenos até muito elevados. As radiações eletromagnéticas mais

conhecidas são: luz, microondas, ondas de rádio, radar, laser, raios X etc.

Dependendo da quantidade de energia, uma radiação pode

ser descrita como não ionizante ou ionizante. Radiações não ionizante

possuem energia relativamente baixa. As radiações não ionizantes estão

sempre a nossa volta. São exemplos de radiações não ionizantes a luz, as

ondas do rádio, as ondas da televisão e do microondas.

Altos níveis de energia originam radiações ionizantes que

surgem do núcleo dos átomos e podem alterar o estado físico de um átomo

e causar a perda de elétrons, tornando-os eletricamente carregados. Este

processo chama-se "ionização".

Um átomo pode se tornar ionizado quando a radiação colide

com um de seus elétrons. Se essa colisão ocorrer com muita violência, o

elétron pode ser arrancado do átomo. Após a perda do elétron, o átomo

deixa de ser neutro, pois com um elétron a menos, o número de prótons é

maior. O átomo torna-se um "íon positivo".

Existem três modalidades de radiação, denominadas alfa, beta e gama.

A radiação alfa é composta por dois prótons e dois nêutrons. Além de ser muito energética, a radiação alfa

possui massa e carga elétrica maior que as demais radiações, sendo barrada por uma simples folha de papel.

A radiação beta é composta por cargas negativas e é semelhante aos elétrons. Os raios beta são mais

penetrantes e menos energéticos que as partículas alfa. Elas conseguem atravessar uma folha de papel, porém são

barradas por um pedaço de madeira.

A radiação gama é a radiação menos energética (são isentos de cargas elétricas), porém é a mais

penetrante. Os raios gama conseguem penetrar até mesmo o corpo humano, porém são detidos por uma grossa superfície

metálica.

O raio X é um tipo de radiação eletromagnética com frequência superior a 1018 Hz. Os raios X são obtidos

através de um aparelho chamado de Tubo de Coolidge. Esse é um tubo oco, evacuado e que contém um cátodo em seu

interior. Quando esse cátodo é aquecido por uma corrente elétrica, que é fornecida por um gerador, ele emite grande

quantidade de elétrons que são fortemente atraídos pelo ânodo, chegando a este com grande energia cinética. Quando eles

se chocam com o ânodo, transferem energia para os elétrons que estão nos átomos dos ânodos. Os elétrons com energia

são acelerados e então emitem ondas eletromagnéticas que são os raios X.

Emissão e absorção de radiação

A emissão de radiação ocorre quando

um elétron de um átomo “salta” de uma órbita

superior para uma inferior. Durante esse processo,

um fóton é emitido.

A absorção de radiação ocorre

quando um elétron de um átomo “salta” de uma

órbita inferior para uma superior. Durante esse

processo, um fóton é absorvido.

A Física Atômica no nosso dia-a-dia

Sendo a Física Atômica o ramo da física que

estuda o átomo, que é a unidade básica da matéria,

podemos concluir que ela está presente em tudo o que nos

rodeia.

As aplicações da Física Atômica no meio

científico e tecnológico são as mais variadas. Encontramos

a física atômica nos exames de Raio X, no tratamento de

cânceres, na geração de energia elétrica através de usinas

nucleares. Também está presente em armamentos e em

bombas nucleares.

A iluminação pública (postes de luz) ter um

sensor que faz com que estejam acesas durante a noite e

apaguem pela manhã, a porta do elevador que abre e fecha

automaticamente sendo barrada por qualquer obstáculo, as

lâmpadas de LED que surgiram no mercado, as inovações

dos aparelhos de televisão (Tubo, Plasma, LCD e LED), o

sistema que permite ao GPS localizar nossos destinos, o

laser que compõe os aparelhos de CD, DVD e blu-ray, os

aparelhos eletrônicos que funcionam a partir de campos

eletromagnéticos, todos esses fatos só se concretizaram

com o auxílio da Física Atômica.

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