Química Inorgânica

Origem dos elementos

Origem dos elementosBig Bang (13,7 bilhões de anos)

Onde toda a matéria estava concentrada em um único ponto;

Aglomerado de massa-energia

Logo após o Big Bang Iniciou expansão adiabática, Tinicial=1032K

T2seg=1010K

• Sendo T muito alta era difícil das partículas se combinarem;

• Resfriaram e começaram a se combinar através da chamada FORÇA FORTE, unindo os nucleons (prótons e nêutrons);

• Com a continuidade do resfriamento ocorreu a FORÇA ELETROMAGNÉTICA, unindo os elétrons;

• FORÇA FORTE – Grande, mas de Curto alcance;• FORÇA ELETROMAGNÉTICA – Fraca, mas de

longo alcance.

Origem dos elementos

Eletrosfera

Núcleo

Núcleo formado pela ação da força forte (união de prótons e nêutrons)

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

ee

e

e

e = elétrons,formando a eletrosfera, unidos ao núcleo através da força eletromagnética.

Atuação da força forte e da força eletromagnética

Nucleossíntese durante o Big BangA diminuição da temperatura permitiu a

gênese de prótons (p) e nêutrons (n).

Cerca de 3 minutos após o big bang à temperatura de aproximadamente 300 milhões de Kelvin, os prótons e os neutrons ligaram-se entre si para formar os primeiros núcleos de átomos, fenômenos chamado de Nucleossíntese.

Aparecimento do H e HeA formação dos núcleos atômicos no universo

primitivo foi resultado de reações nucleares.

Neutro(n) + Proton(p) = Deutério (Isótopo do Hidrogênio) Liberando radiação (γ)

Deutério + (n) ou (p) = Trítio ou He-3

He + trítio ou He-3 = Berílio-7 ou Lítio -7

Partículas subatômicasNeutrino = partícula eletricamente neutra e massa

muito pequena (provavelmente zero);Pósitron = é uma versão do elétron carregada

positivamente, número de massa zero e uma carga positiva unitária, corresponde à transformação de um próton em neutron;

Fóton = radiação eletromagnética emitida do núcleo do átomo (partícula elementar da força eletromagnética).

Nuclídeo = é a designação do elemento de

número a atômico Z e número de massa A, AZE.

Partículas subatômicas relevantesPartícula Símbolo Massa/u* Número

de massaCarga/e** Spin

Elétron e- 5,486 x 10-4 0 -1 ½

Próton P 1,0073 1 +1 ½

Neutron N 1,0087 1 0 ½

Fóton γ 0 0 0 1

Neutrino ν ≈ 0 0 0 ½

Pósitron e+ 5,486 x 10-4 0 +1 ½

Partícula α α [núcleo do 42He+2] 4 +2 0

Partícula β β [e- ejetado do núcleo] 0 -1 ½

Partícula γ γ [radiação eletromagnética do núcleo]

0 0 1

* Massas expressas em unidades de massa atômicas, u, sendo 1 u = 1,6605 x 10-27 kg.

** A carga elementar do elétron e tem o valor de 1,602 x 10-19 C.

Os elementosOs elementos formados pelas partículas

subatômicas, são diferenciados por:

Número atômico Z = número de prótons;Isótopos, onde o mesmo átomo pode apresentar

massas diferentes;Número de massa A que representa do número total de

prótons e neutrons;

Origem dos elementosÁtomos

Logo após o Big Bang (cerca de 2 horas) o universo era composto por 89 % de H e 11 % de He;

No estudo do universo a idade das estrelas é relacionada com a presença do H e He,

onde quanto mais velha for a estrela maior a quantidade destes elementos.

Ex.: O Hidrogênio possui 3 isótopos, em cada caso Z = 1

- 1H, o mais abundante, e indica que o núcleo contém um proton;

- 2H, deutério, menos abundante (1 para 6000 átomos), A = 2 (1 próton e 1 neutron);

- 3H, trítio, que é o isótopo radioativo de vida curta, A = 3 (1 próton e 2 neutrons);

11H, 2

1H, 31H

Os elementos

Como se formaram os elementos mais

pesados?

Contração Gravitacional Libera Calor / Aumenta densidade

Fonte:Garritz & Chamizo, Química, Addison-Wesley Iberoamericana, 1994, p. 97

Nucleossíntese

Elementos leves Z ≤ 26

Reações ocorridas nas estrelas a partir do H e do He primitivos,conservação da massa e da carga total;

Energia é liberada quando núcleos leves fundem-se para originar elementos de Z mais elevado;

Ex.:12

6C + 42He 16

8 O + γ (fóton)

Energia liberada = 7,2 MeV,

Reações simples

H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O

A energia dessa reação é a diferença entre a energia liberada pela quebra das ligações dos reagentes e a energia consumida da formação dos produtos;

Reações nucleares

126C + 4

2He 168 O + γ (fóton)

A energia dessa reação é a energia liberada pelo rearranjo do núcleo dos átomos envolvidos na reação.

Reação simples libera ± 103 kJ/mol

Reação nuclear libera ± 109 kJ/mol

Um submarino nuclear pode passar até 20 anos

sem abastecer combustível (nuclear)

1.000.000 vezes mais

energia

Reações nuclearesAs reações nucleares que geraram os átomos de

número atômico menores que 26 formam um ciclo de reações, que em sua grande parte foram catalizadas por átomos de C e na sua ausência por reações com H não catalizadas.

1. Captura do proton (p) pelo átomo de carbono-12

126C + 1

1p 137N + γ

2. Decaimento de pósitron acompanhado por emissão de neutrino (ν)

137N 13

6C + e+ + ν

3. Captura do proton (p) pelo átomo de carbono-13

136C + 1

1p 147N + γ

4. Captura de próton pelo átomo de nitrogênio-14

147N + 1

1p 158O + γ

5. Decaimento de pósitron acompanhado por emissão de neutrino

158O 15

7N + e+ + ν

6. Captura de próton pelo nitrogênio

157N + 1

1p 126C + 4

2α

126C + 4

2He 168 O + γ

Nucleossíntese

Elementos pesados Z > 26

Reações que não ocorreram nas fases iniciais da evolução das estrelas onde os nuclídeos são formados pela captura de nêutron e subseqüente decaimento de partículas β.

1. Captura de nêutron98

42Mo + 10n 99

42Mo + γ (fóton)

2. Decaimento β acompanhado por emissão de neutrino

9942Mo 99

43Tc + e- + ν

Os elementos mais pesados, possuem mais prótons, gerados pelos elementos primitivos são mais estáveis, sendo mais difícil retirar um próton;

1. Nestes elementos, por exemplo um isótopo do molibdênio, quando se chocam no espaço com nêutrons, tendem a capturá-los, logo variam somente sua massa, com liberação de fóton;

2. Estando o elemento instável, e que não se choque com nêutrons, ocorrerá o decaimento da partícula β que é o “e-” ejetado do núcleo, logo, um nêutron se transforma em próton, com emissão de neutrino (ν).

Dois importantes tipos da Reação Nuclear:Fusão e Fissão nuclear

Fusão nuclear é o processo de colidir dois átomos propositalmente para formar um terceiro, mais pesado. A reação libera energia e, dependendo de quais forem os reagentes, um nêutron livre.

Fissão nuclear é o processo de forçar a divisão de um átomo para formar dois outros, mais leves. A reação também libera energia e um nêutron livre.

Ex.: 6 g de hidrogênio, o elemento químico mais usado na fusão, geram 127 x 1023 MeV, o suficiente para abastecer uma casa com quatro pessoas por 156 dias.

Fusão e Fissão nuclear

Ex.: sendo Elig/A

Onde, Ca é 8,6 MeV e do Ne é 8,0 MeV.

Temos que a diferença entre as energias de ligação da fusão da reação:

22010Ne → 40

20Ca

p/ Ca: 40 x 8,6 = 344 MeV

p/ Ne: 2 x 20 x 8 = 320 MeV

Logo a variação de energia entre produtos e reagente é

= 344 – 320 = 24 MeV