Das Estrelas ao Átomo

Escola Secundária de Paços de FerreiraFisico-Quimica

Nascimento e EstruturaUNIVERSO

Estrutura do UniversoO Universo é constituído por:

-Estrelas e sistemas planetários

-Nebulosas

- Poeiras interestelares

- Restos de estrelas - anãs brancas, castanhas e negras - estrelas de neutrões e buracos negros

- Galáxias, agrupadas em enxames, que por sua vez estão agrupadas em superenxames

- Espaço Intergaláctico

Tudo está organizado no Universo

Big Bang - Nascimento do Universo

Esfera do Tamanho de uma ponta de uma agulha

Explosão (em segundos) dessa esfera à 18 biliões de anos

Formação do universo actual

Expansão do Universo

Formação de constelações a partir de matéria do Big Bang

Formação de Planetas a partir de restos de nuvens cósmicas

Provas que favorecem a Teoria do Big Bang:

•Expansão do Universo

•Radiação cósmica de microondas

•O espaço criado pelo Big Bang encheu-se de radiação altamente energética

•Com a expansão do Universo, essa radiação foi-se tornando muito menos energética, com a diminuição da temperatura do Universo, e chegou até nós como radiação de microondas

•Abundância de elementos químicos leves no Universo

Provas que limitam a mesma Teoria,:

•Porque ocorreu o Big Bang?

•Como ocorreu?

•O que havia, se é que havia, antes do Big Bang?

•Qual o destino do Universo?

Teorias que astrofisicos propõem para explicar o Big Bang:

• Teoria da Expansão Permanente • O espaço aumentará permanentemente • O Universo expandir-se-à para sempre • Teoria do Universo Oscilante ou Pulsátil • Fase de expansão do Universo: o espaço aumenta • Fase de contracção do Universo: o espaço diminui • Teoria do Estado Estacionário • Rejeita o Big Bang • Defende que a expansão do Universo existe porque se cria constantemente nova matéria • Formam-se novas galáxias nos intervalos, quando estas se afastam, a partir de nova matéria

em formação contínua

Expansão do Universo

O Universo parecia ser estático e eterno.

A Teoria de Relatividade previu que o espaço vazio se está a expandir e a arrastar

as galáxias.

Observações astronómicas confirmam

essa mesma Teoria.

O UNIVERSO ESTÁ EM EXPANSÃO

Grandeza símbolo Unidade SI símbolo

Temperatura T kelvin K

Tempo t segundo s

Comprimento d metro m

Escalas de temperatura, tempo e comprimento

Temperatura

Escala Kelvin ou escala das temperaturas absolutas

Escala Celsius Escala Fahrenheit

T (K) T (ºC) T (ºF)

0 K ( zero absoluto ) -273 ºC -460 ºF

273 K 0 ºC 32 ºF

373 K 100 ºC 212 ºF

Tempo

A grandeza tempo, em Astronomia, é normalmente expressa em anos.• o Sol nasceu há cerca de 4,5 x 109 anos • o Sistema Solar demora cerca de 2,50 x 108 anos a completar uma volta em torno do

centro da Via Láctea ( ano galáctico ) • a luz da estrela mais próxima do Sol ( próxima Centauro ) demora cerca de 4,23 anos

a chegar até nós

Comprimento

Alguns Múltiplos do Metro

Decâmetro (dam) 1 dam = 1 x 101 m

Hectómetro (hm) 1 hm = 1 x 102 m

Kilómetro (km) 1 km = 1 x 103 m

Alguns submúltiplos do metroDecímetro (dm) 1 dm = 1 x 10-1

Centímetro (cm) 1 cm = 1 x 10-2

Milimetro (mm) 1 mm = 1 x 10-3

Micrómetro ( m) 1 m = 1 x 10-6 m

Nanómetro (nm) 1 nm = 1 x 10-9 m

Angstrom (A) 1 A = 1 x 10-10 m

Picómetro (pm) 1 pm = 1 x 10-12 m

Unidade Astronómica

1 UA = 1,50 x 108 km = 1,50 x 1011 m

Para medir as distâncias entre as estrelas recorre-se a unidades ainda mais convenientes – o ano-luz ( a.l. ) e o parsec ( pc ).

• 1 ano-luz é a distância que a luz percorre num ano • a luz viaja à velocidade de 3,0 x 108 m s-1

• um ano tem 365,25 x 24 x 3600 segundos • 1 a.l. = 3,0 x 108 x 365,25 x 24 x 3600 = 9,47 x 1015 m = 9,47 x 1012 km • 1 parsec equivale a 3,26 anos-luz • 1 pc = 3,26 x 9,47 x 1015 m • 1 pc = 3,09 x 1016 m

Tabela de conversões de distâncias astronómicasunidade

astronómica (UA)

ano-luz (a.l.) parsec (pc) metro (m)

1,00 1,60 x 10-5 4,90 x 10-6 1,50 x 1011

6,31 x 104 1,00 0,31 9,47 x 1015

2,06 x 105 3,26 1,00 3,09 x 1016

Elementos QuímicosA sua Origem

Reacções nucleares – génese dos elementos químicos

As estrelas não são eternas; nascem, evoluem e morrem. Todos os elementos químicos existentes no Universo, e consequentemente na Terra, e em nós, foram gerados no interior das estrelas, através de reacções

nucleares, na matéria que as formou ou na matéria que delas resulta.Diferenças entre:

-Reacções químicas,• Os núcleos dos átomos não são alterados • Os elementos químicos do sistema reaccional mantêm-se • Apenas alteração das unidades estruturais do sistema reaccional.

-Reacções nucleares, • Os núcleos dos átomos são alterados • Transformação de elementos químicos noutros diferentes • A energia posta em jogo tem uma ordem de grandeza que pode ser milhões de vezes superior à que é

posta em jogo nas reacções químicas.

Representação simbólicaA

Z X significa que o elemento químico X tem um número atómico Z , isto é, o número de protões, e que este átomo deste elemento químico tem um número de massa A , isto é, a soma do número de protões com o número de neutrões, ou seja, o número total de nucleões.

Exemplos: - 11H hidrogénio ; - 4

2He hélio-4 ; - 73Li lítio-7

Temos que ter atenção que nem todos os átomos do mesmo elemento químico podem ser iguais. Temos que nos lembrar dos isótopos.

Exemplos: - 11H hidrogénio ; - 2

1H deutério ; - 31H trítio

• neutrão – 01 n

• electrão – 0-1 e

• positrão - 0+1e, é a antipartícula do electrão, dado que tem massa igual à do electrão mas carga eléctrica

simétrica• protão - 1

1p ou 11H , dado que um protão é um núcleo de hidrogénio

• antiprotão – 1-1p , é a antipartícula do protão, dado que tem massa igual à do protão mas carga eléctrica

simétrica• Neutrino- , partícula sem massa e sem carga• fotão - , corpúsculo de luz

Nucleossíntese primordial

Big BangExpansão Arrefecimento

A t = 10-5s e a T = 1013KForma-se o «caldo» inicial.

A t = 3 min e a T = 108 K começa a nucleossintese primordial.

Génese dos primeiros núcleos atómicos:2

1H, 32He, 4

2He, 73 Li

A t = 300 000 anos e a T = 3000 K começa a génese dos primeiros átomos.

A radiação começa a propagar-se no Universo, chegando-nos hoje sob a forma de Radiação Cósmica de Microondas.

Nucleossíntese EstelarQuando o Universo tinha cerca de dois milhões de anos, e a temperatura entre 6 e 14 K, começou a génese

das primeiras estrelas e das primeiras galáxias.

Matéria proto-estelar:Compreensão Aquecimento

Fusão do Hidrogénio com produção de Hélio.

4 11H 4

2He + 20+1 e + Energia

Energia = 6,43 x 1011 J por grama de He produzido.

Mestrela 8 M0

Nebulosa planetária Resíduo estelar anã branca

Estrela anã branca

Resíduo estelar de estrelas com massa inicialM 8 M0

Fase de supernova

• Resíduo estelar central muito denso: um pulsar ou um buraco negro.

• Nuvens de gases em expansão rápida e violenta, onde são produzidos elementos desde oFerro ao Urânio.

Nucleossíntese Interestelar

Raios cósmicos: protões e/ou electrões de grande energia cinética, provenientes de supernovas e outros fenómenos cósmicos, colidem com elementos existentes no espaço interestelar, dividindo e originando elementos leves, inexistentes na nucleossíntese primordial e na nucleossíntese estelar, o lítio-6, o berílio e o boro, completando a formação dos elementos químicos

• "somos feitos de matéria cósmica, somos poeiras de estrelas"

• "somos irmãos das rochas e primos das estrelas"

Abundâncias Relativas dos elementos no Universo

Observando o gráfico:

• o elemento mais abundante no Universo é o hidrogénio, com cerca de 90 % em número de átomos.

• o hélio é o segundo elemento mais abundante no Universo, com cerca de 8 % em número de átomos.

• seguem-se em abundância, os seguintes elementos: oxigénio, carbono, néon, azoto, magnésio, silício, ferro e enxofre.

• os elementos mais pesados aparecem em quantidades mínimas, elementos vestigiais.

HidrogenioHelioRestantes elementos quimicos

FIMTrabalho realizado por:

Inês Mota, nº 14Inês Santana, nº 15

Paula Leal, nº 20Margarida Pimenta, nº 32