13.387 – O Modelo Atômico de Niels Bohr


Bohr
Com a ideia do átomo consolidada, vários cientistas trabalhavam na tentativa de propor um modelo que explicasse de forma significativa as observações e resultados experimentais conhecidos. Um desses cientistas foi Rutherford que, em seu modelo, explicava o átomo como tendo quase toda sua massa em seu núcleo com carga positiva e que os elétrons com carga negativa giravam ao redor desse núcleo. Porém, pelas leis da física clássica, esse modelo não poderia existir, pois, de acordo com o eletromagnetismo clássico, os elétrons, como qualquer carga em movimento acelerado, ao girar ao redor do núcleo, emitem radiação e, ao emitir essa radiação, eles perdem energia. Assim, os elétrons perderiam toda sua energia e se chocariam com o núcleo.
Como era preciso a criação de um modelo para explicar a estrutura atômica, em 1913, Bohr propôs um modelo atômico. Seu modelo estava baseado em dois postulados:
1º. Os elétrons só podem girar ao redor do núcleo em órbitas circulares, essas órbitas são chamadas de órbitas estacionárias e enquanto eles estão nessas órbitas, não emitem energia.
2º. A energia absorvida ou emitida por um átomo é equivalente ao número inteiro de um quanta.

Cada quanta tem energia igual a h.f, em que f é a frequência da radiação e h é a constante de Planck. Portanto, a variação de energia produzida num átomo será igual à energia emitida ou recebida.
É importante ressaltar que as hipóteses de Niels Bohr tinham como objetivo explicar o comportamento do movimento do elétron ao redor do núcleo do átomo de hidrogênio e que não foi deduzida de teorias já conhecidas. Apesar de conseguir explicar o movimento do elétron no átomo de hidrogênio, o modelo proposto por Bohr não obteve o mesmo resultado quando aplicado a átomos de outros elementos, não sanando o problema da estrutura atômica. É aí que surge a mecânica quântica, para explicar de forma mais satisfatória a estrutura atômica.

13.386 – Física e Eletricidade – O Modelo Atômico de Thompson de 1897


Se a matéria é formada por átomos e também por cargas elétricas, é provável que estes também apresentem cargas elétricas. Novos experimentos com eletricidadem e transformações químicas, como a obtenção do metal alumínio a partir da bauxita, permitiu aos cientistas identificar e caracterizar as cargas elétricas.
O modelo até então aceito era o de Dalton, em que o átomo era considerado uma partícula maciça e indivisível, no entanto novos estudos exigiram alteração nesse modelo, acrescentando-se cargas elétricas.
Thomson propôs o modelo em que o átomo seria uma esfera positiva contendo corpúsculos de carga elétrica negativa.

thomson nobel

Joseph John Thompson ou JJ Thompson era um físico inglês que ganhou o prêmio Nobel de 1906 pela descoberta do elétron. Os estudos realizados por ele determinaram a relação entre carga elétrica, massa e partícula, como também o levaram a concluir que o átomo era formado por elétrons distribuídos em uma massa positiva, como as passas em um pudim.

13.385 – Por que a matéria se comporta como neutra do ponto de vista elétrico, se ela é formada por cargas positivas e negativas?


Quando um corpo está eletrizado, ele possui uma carga elétrica, já quando não se encontra eletrizado ele está neutro ou descarregado. Os cientistas constataram que dois quaisquer desses corpos, ao se aproximarem, apresentam dois comportamentos diferentes;

-os dois corpos se atraem;
-os dois corpos se repelem.

 

Os dois tipos de carga elétrica foram denominados:

-carga negativa;
-carga positiva.

Conclui-se que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, e as cargas de sinais opostos se atraem.

Simples assim:

cargas1

carga2

11.339 – ☻Mega Bloco – Ciências Biológicas


átomo

Todas as substâncias são formadas por elementos?

Por volta do ano 600 a.C, o filósofo grego Tales deduziu que , se uma substância pode ser convertida em outra diretamente ou por meio de vários processos, deveria existir uma substância básica ou elemento. Todas as demais substâncias seriam apenas diferentes aspectos desse elemento. Tales atribuiu tal propriedade básica a água porque era a substância mais abundante da Terra e estava presente em todos os fenômenos vitais. Pouco tempo depois, o caráter único da água se estendeu ao ar, terra e ao fogo. Atualmente, define-se elemento como um princípio físico ou químico que entra na composição dos corpos. Isto é, uma substância homogênea e pura que não pode ser decomposta nem pelo calor, nem pela eletricidade. Os elementos são formados por átomos.

O inglês John Dalton, fundador da teoria atômica moderna, inventou uma série de símbolos, geralmente um círculo com uma marca, para representar os elementos conhecidos. Ele porém, não fazia distinção entre elemento e substância. Para Dalton, por exemplo, água era elemento. Em 1815, o sueco Berzelius propôs como símbolo a inicial do nome do elemento em latim ou grego escrita em maiúscula acrescentando-se nos casos de coincidência, a letra mais sonora do seu nome em minúscula.

Massa Atômica
Em unidades físicas, a massa de um átomo é um número praticamente desprezível e de difícil manejo;

A massa de um átomo de hidrogênio é de 1,67.10 elevado a -27 kg.

Massa Atômica Relativa
É calculada tomando-se como unidade 1/12 da massa de um átomo isótopo 12 do carbono.

Nêutron
Para os pesquisadores, o número de prótons e elétrons deveria ser igual para explicar a neutralidade do átomo. Assim, possuindo o próton uma massa de u.m.a. (unidade de massa atômica), a massa atômica tenderia a coincidir com um número de prótons, mas esse nº era muito inferior. Ernest Rutherford sugeriu então a existência de nêutrons, partículas com massa 1 e sem carga. Tal partícula foi descoberta anos mais tarde, em 1932, pelo físico inglês James Chadwick.

Combinação de Elementos Compostos
São substâncias puras que se formaram pela combinação de 2 ou mais substâncias simples. São agrupamentos de átomos formando moléculas.

Mol – Chama-se de massa molar a massa atômica relativa expressa em gramas. O n° de átomos existentes na massa molar de qualquer elemento, e que recebe o nome de mol, é:

6,02.10 elevado a 23

John Dalton, em 1803, propôs uma teoria que explicava as leis da conservação de massa e da composição definida, é a chamada Teoria Atômica de Dalton. Essa teoria foi baseada em diversos experimentos e apontou as seguintes conclusões:

1. Toda matéria é formada de partículas fundamentais, os átomos.

2. Os átomos não podem ser criados e nem destruídos, eles são permanentes e indivisíveis.

3. Um composto químico é formado pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa.

4. Os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos, já os átomos de diferentes elementos possuem propriedades diferentes. Os átomos caracterizam os elementos.

5. Quando os átomos se combinam para formar um composto, quando se separam ou quando acontece um rearranjo são indícios de uma transformação química.

Resumindo:
Dalton acreditava que o átomo era uma esfera maciça, homogênea, indestrutível, indivisível e de carga elétrica neutra.
Se fizermos uma comparação, os átomos seriam semelhantes a bolinhas de gude: maciças e esféricas.

Muitas dessas teorias são aceitas até hoje, mas algumas já são ultrapassadas, vejamos porque:

– Os elementos químicos são formados por pequenas partículas denominadas átomos – Válido até hoje.

– Os átomos são partículas maciças e indivisíveis – Incorreto, pois o átomo é descontínuo e divisível.

– Os átomos de um mesmo elemento têm massas iguais e os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes – Incorreto, devido à existência de isótopos, todos os átomos de um elemento não têm a mesma massa.

– Os átomos dos elementos permanecem inalterados nas reações químicas – Válido até hoje. Inclusive essa definição explica bem porque a massa é conservada nas reações químicas.

– Os compostos são formados pela ligação dos átomos dos elementos em proporções fixas – Correto. Essa é a Lei da composição definida, ela explica porque cada composto é caracterizado por proporções fixas. Cada átomo de um dado elemento presente em um composto tem a mesma massa, sendo assim, a composição deve ser sempre a mesma.

átomo2

8607 – Física – O Átomo antes de Rutherford


rutherford01
As ideias sobre a descontinuidade da matéria, ou seja, sobre a possibilidade da existência de uma última partícula não fragmentável, remontam à época dos antigos filósofos gregos, há mais de 2000 anos. Destacaram-se nessas especulações Leucipo e Demócrito. Atribui-se a eles a noção, pela primeira vez na história levantada, de que a matéria é uma combinação de pequenas partes minúsculas, indivisíveis ou inseparáveis, às quais deram o nome de átomo, que, em grego, significa indivisível. O átomo foi assim considerado como a unidade básica, indivisível ou indestrutível, de toda matéria. Na época também havia os defensores da continuidade da matéria, ou seja, filósofos que argumentavam com igual convicção sobre uma possibilidade de divisão desta sem limite.
Entretanto, por muito tempo esses ensaios intelectuais confundiram aqueles que se propuseram a estudar o assunto, pois estiveram sempre repletos de dúvidas e incertezas. Dessa forma, as unidades da matéria seriam um ponto mais místico do que fundamentado ainda por muito tempo. Conhecimentos com raízes científicas foram, pela primeira vez, levantados no século XIX quando John Dalton formulou sua teoria atômica. As observações de Dalton partiram do fato de que muitas substâncias químicas podiam decompor-se em outras muito mais simples, as quais foram mais tardes denominadas elementos. Tal fato foi possível a partir das observações de Proust.
Proust formulou a lei das proporções fixas e definidas, mas não sem antes realizar criteriosas experiências que puderam demonstrar que dois ou mais elementos se combinam quimicamente para formar uma determinada substância, e que as quantidades relativas desses elementos têm que ajustar-se criteriosamente a uma proporção definida, de modo que não haja sobra de elementos quando terminada a reação. Por exemplo, se o elemento hidrogênio e o elemento oxigênio se combinam para formar a substância água, a proporção entre eles devia ser de 1:8, em massa, visto que se dispunha apenas de um instrumento para análise, que era a balança.
Dalton sugeriu ainda o que viria a ser conhecido como a lei das proporções múltiplas. Segundo essa lei, quando há combinação de dois ou mais elementos para formação de uma determinada série de compostos, esses elementos os fazem sempre de forma tal que sigam uma relação numérica simples. Por exemplo, os elementos oxigênio e hidrogênio combinam-se para formar a substância água, como já mencionado, na proporção em massa de 8:1. Contudo, podem também combinar-se para formar a água oxigenada, no qual a proporção será o dobro, ou seja, 16:1.
Dessa forma, partindo sempre de uma experimentação, Dalton convenceu-se de que cada elemento químico era constituído de pequenas unidades, sendo essas maciças e indivisíveis, todas iguais entre si: estava laboratorialmente comprovado o átomo da filosofia grega. O trabalho de Dalton teve fundamental importância para a química, pois trouxe uma vez mais a estrutura da matéria para o foco das atenções, agora não apenas dos filósofos, mas também dos cientistas.

8538 – Física – Bóson de Higgs, a força que criou o Universo


bóson de higgs

O maior acelerador de partículas do mundo confirmou a existência dessa partícula.
Peter Higgs foi o físico inglês que previu a sua existência.
O bóson é uma das tantas partículas fundamentais que tiveram papel na formação original e no funcionamento do Universo e recebeu esse nome em homenagem ao físico indiano Satyendra Nath Bose. Junto com Albert Einstein, Bose estudou novas fases da matéria quando os átomos são resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto, 273°C negativos..
O de Higgs não é um bóson qualquer. Os bósons se ocupam de transportar ou tornar possível certas formas de energia. O fóton é um bóson e sem ele não existiria a luz. Sem o bóson de Higgs não haveria o Universo.
Ele teve importância nos instantes iniciais depois do Big Bang, a súbita inflação que criou o Universo há mais de 13,7 bilhões de anos. A formidável e violenta liberação de forças ejetou partículas elementares para todos os lados e foi justamente o campo criado pelo bóson de Higgs que diminuiu a aceleração das partículas. Assim, elas acabaram interagindo entre si e formando os blocos de matéria que viriam a dar origem as galáxias.

higgs graf

6895 – Mega Cientistas – JOHN DALTON


Criador da primeira teoria atômica moderna, o físico, químico e pesquisador John Dalton foi uma das figuras mais expressivas do mundo científico na passagem do século XVIII para o século XIX.
John Dalton nasceu em Eaglesfield, Cumberland, Inglaterra, em 6 de setembro de 1766. Aos 12 anos já substituía seu professor, John Fletcher, na Quaker”s School de Eaglesfield. Estudou durante 12 anos em Kendal e, após concluir sua formação acadêmica, tornou-se professor do New College de Manchester, universidade inglesa de prestígio comparável ao de Oxford e Cambridge.
A descoberta do fenômeno da cegueira congênita para as cores, conhecida como daltonismo, data de 1794. As observações de Dalton sobre o fenômeno foram publicadas no livro Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours (1794; Fatos extraordinários relativos à visão das cores). Em 1800 assumiu a secretaria da Sociedade Literária e Filosófica de Manchester, que presidiu em caráter honorífico de 1817 até o fim da vida.
No trabalho Absorption of Gases by Water and Other Liquids (1803; Absorção de gases pela água e outros líquidos), fixou os princípios de sua teoria atômica, que pode condensar-se nos seguintes princípios: (1) os átomos são partículas reais, descontínuas e indivisíveis da matéria, e permanecem inalterados nas reações químicas; (2) os átomos de um mesmo elemento são iguais e de peso invariável; (3) os átomos de elementos diferentes são diferentes entre si; (4) na formação dos compostos, os átomos entram em proporções numéricas fixas 1:1, 1:2, 1:3, 2:3, 2:5 etc. e (5) o peso do composto é igual à soma dos pesos dos átomos dos elementos que o constituem.
Dalton dedicou-se também à meteorologia. Um de seus trabalhos mais minuciosos foi a elaboração de um diário meteorológico, no qual fez mais de 200.000 anotações. Seu interesse por fenômenos atmosféricos, como a aurora boreal, demonstrava que a faculdade intelectual privilegiada por Dalton para a pesquisa científica era a indução, tipo de inferência que, a partir de um grande número de dados, procura encontrar suas correlações e as leis lógicas que as regem. Os dados interpretados por Dalton não atingiram grau elevado de precisão, mas sua metodologia trouxe grandes inovações para o estudo das ciências.
Autor do New System of Chemical Philosophy (1808-1810; Novo sistema de filosofia química), incluiu nesse trabalho teses importantes, como a lei das pressões parciais, ou lei de Dalton, segundo a qual a pressão total de uma mistura de gases equivale à soma das pressões parciais dos gases que a constituem. Dalton morreu em Manchester, a 27 de julho de 1844.

6809 – Física – A matéria está cheia de espaço vazio


Um universo ainda não mapeado pela Ciência

No século 18, George Berkeley, bispo de Cloyne, na Irlanda, declarou ousadamente:
“A matéria não existe”! O que percebemos como substância sólida, por exemplo, a madeira ou o ferro é apenas a impressão que Deus faz com que se produza em nosso cérebro. O Dr Samuel Johnson, bateu fortemente o pé em uma pedra e disse: “essa é a minha refutação”. Os avanços da Física e química sugerem que a matéria tem muito menos substância do que parece. E quanto mais penetramos em sua estrutura microscópica, mais parece que essa substância desaparecendo. Parmênides (540-470 aC) acreditava que uma modificação realera impossível: “tudo o que existe tem que ser duradouro”.
Heráclito (550-480 aC.) ao contrário, sustentava que, tudo no mundo se encontra em permanente transformação, nada tem consistência, a não ser a lei da variação; mesmo os objetos que aparentemente estão em repouso total, como o Sol ou uma pedra não são imutáveis.
A saída foi encontrada por Demócrito (460- 370 aC.), com a idéia de que toda a matéria seria composta de pequeníssimas partículas, a que chamou átomos.Existiram em formas e tamanhos diversos e teriam a faculdade de unir-se entre si, para formar grandes objetos. Assim, as diferenças entre uma árvore e uma montanha, um chapéu ou um pedaço de carne, seriam explicadas por sua diferente composição atômica. Além disso, os átomos seriam moveis para permitir ás coisas mudar e variar de aspecto.

O átomo
Nessa teoria atômica duas afirmações se destacam:1) os átomos existem 2) eles podem se mover livremente no espaço. Deduz-se, pois, que há dois componentes essenciais no mundo: os átomos e o vazio. Durante 2 000 anos essa teoria atômica da matéria foi apenas uma idéia entre muitas outras. Só depois da descoberta da radioatividade e do elétron a comunidade científica adotou sem reservas a doutrina Demócrito, mas ainda não se tinha uma concepção clara de como seriam os átomos. Seriam partículas sólidas e indestrutíveis, como pensavam os gregos antigos, ou seriam, por sua vez, compostos de subpartículas? Se existiam os elétrons, era preciso aceitar que cada átomo continha partículas com carga elétrica positiva e negativa. Mas como estavam dispostas essas partículas? Foi um físico da Nova Zelândia, Ernest Rutherford, especialista em radioatividade, sobretudo na chamada desintegração alfa, que resolveu o enigma.
Esse modelo do átomo foi aceito prontamente, mas já nada tinha a ver com a idéia dos antigos gregos. Os átomos não são corpos duros, indestrutíveis e impenetráveis, mas sistemas compostos por muitas partículas. E mais curioso: no interior do átomo, o que mais existe é espaço vazio. Um átomo de carbono, por exemplo, ou seja, 10-8 centímetros. Mas seu núcleo tem apenas um trilionésima parte do centímetro – 10-12. Se o átomo fosse do tamanho de um campo de golfe, o núcleo teria aproximadamente o tamanho de um dos buracos.
Os elétrons não têm dimensão que possa ser medida. Movem-se em redemoinho num espaço vazio 1 trilhão de vezes maior que o volume do núcleo. Pode-se dizer, então, que só um trilionésima parte do átomo está cheia de matéria, Mas mesmo isso seria uma generosidade, pois o núcleo também não é um corpo sólido. A matéria nuclear tem uma densidade inimaginável: uma colher de café cheia dessa matéria pesaria 1 bilhão de toneladas! E apesar disso, sobra muito espaço vazio dentro do átomo.
Nos anos 60, muitos físicos acreditavam que os prótons e nêutrons eram uma espécie de bolinhas cheias de matéria. Nos anos 70 outros físicos conseguiram bombardear o núcleo com projeteis; mas, em vez das partículas alfa de Rutherford, usaram elétrons acelerados quase à velocidade da luz, com a ajuda do gigantesco acelerador de partículas SLAC da Universidade Stanford, na Califórnia. Os resultados desse trabalho permitiram deduzir que os prótons e os nêutrons também não são corpos sólidos, mas são formados de diminutas partículas que, por sua vez, giram em círculos no interior do átomo. Entretanto, já se sabe que não existe um único núcleo central, pois cada átomo possui três concentrações de massas desse tipo. Esse corpos internos são chamados quarks. Que proporção do volume de um próton ou de um nêutron tem quarks? Não sabemos a resposta. Estima-se que um quark é menor que a bilionésima parte de um bilionésima parte de uma bilionésima parte de 1 centímetro. Se isso estiver certo, um próton será pelo menos 100 trilhões de vezes maior que um quark. Assim, a viagem ao interior da matéria mais se parece com um brinquedo das caixinhas chinesas: tão logo se descobre um partícula, suspeita-se que dentro haverá outra menor, e assim sucessivamente.

O elétron
Quando foram descobertos os elétrons, parecia lógico imagina-los como pequenas bolinhas sólidas cuja carga elétrica se distribuía uniformemente por todo seu volume. O elétron seria, portanto, indestrutível e rígido. Caso contrario, poderíamos comprimi-lo, achata-lo ou estica-lo se tivéssemos força suficiente.
Mas a idéias de uma rigidez total é muito problemática. Segundo a Teoria de Relatividade de Albert Einstein, nada na Física pode superar a velocidade da luz. Para encontrar uma saída para esse dilema, os físicos posteriores a Einstein propuseram que o elétron tivesse forma de ponto, de forma que sua carga e sua massa estivessem concentrados num local de dimensão volume zero. Conseqüência: a matéria, formada de inumeráveis partículas elementares desse tipo, seria essencialmente espaço vazio. A verdadeira substancia só poderia se encontrada em pontos individuais que, por sua vez, não ocupariam lugar algum.
As experiências feitas em laboratório não demonstraram que eles possam ser maiores que a décima milésima parte de um trilionésima parte do centímetro. Isso equivale á milésima parte de um próton. Mas Jamais se poderá medir uma partícula com tamanho zero, logo nunca saremos capazes de demonstrar que existem partículas sem volume. E, no entanto, há dificuldade teórica que contradizem essa ultima suspeita. Uma delas tem a ver com os campos elétricos dos elétrons, dos quarks e de qualquer outra partícula. As cargas iguais se repelem e a repulsão é tanto maior quanto menor é o raio da esfera. Estando a carga elétrica distribuída uniformemente por toda a partícula, suas diversas partes deveriam repelir-se fortemente; portanto, a carga elétrica estaria sempre tentando arrebentar o elétron em mil pedaços. Disso se deduz que, para obter um elétron com forma de ponto, seria necessária uma energia infinita capaz de compensar uma repulsão infinitamente grande.

Energia e Massa
E agora surge uma outra realidade: a energia possui massa. Essa relação foi expressada por Einstein na conhecida formula E=mc². Por ela, um elétron com forma de ponto deveria ter uma massa infinitamente grande. Isso parece um absurdo e outros físicos sugerem outra teoria: e se as partículas elementares fossem fios ou cordas elásticas representadas em uma só dimensão, a longitudinal? Filamentos capazes de esticar como goma poderia vibrar. Essa teoria das cordas pretende relacionar entre si as diferentes partículas conhecidas.
Esses fios constituintes da matéria seriam como pequenos laços com diâmetro de um bilionésima parte de uma trilionésima parte de um trilionésima de 1 centímetro. Falando rigorosamente, um laço desse tipo seria unidimensional, ou seja, possui volume zero. Mas podemos imaginar que gira e oscila e que com esse movimento ocupa uma diminuta região tridimensional.
Pode-se dizer que o movimento do elétron ao redor do núcleo do átomo se compara à órbita de um planeta ao redor do Sol. A trajetória do elétron, porém, a não está definida com precisão, como a do planeta. A partícula parece esfumada e repartida por todo o átomo e assim, em principio, pode ser encontrada em qualquer parte dele, embora em cada caso com uma diferente probabilidade. Essa indeterminação proporciona ao elétron uma extensão espacial, embora seja apenas pontual. Ou, dito de outra forma, embora a partícula não tenha uma configuração espacial, a nuvem da probabilidade que lhe corresponde possui, certamente, uma extensão no espaço.
Segundo postulado chave da Física quântica, conhecido como proibição de Pauli ou principio da exclusão, e a obra do físico suíço Wolfgang Pauli (1900-1958). Dispõe que dois elétrons são capazes de adotar o mesmo estado quântico, o que é também aplicável aos prótons e quarks diversos. Uma das conseqüências praticas dessa Hipótese é que quando se tenta comprimir duas partículas uma contra a outra, de forma violenta, elas opõem resistência. Assim, na constituição dos átomos, os elétrons não podem invadir o coração atômico, mas devem permanecer amontoados e superpostos nos diferentes níveis de energia, ou estratos. Estes estão mais distantes do núcleo quanto mais energia possuem os elétrons que o ocupem. Esse ordenamento faz com que os átomos apresentem uma extensão espacial e que os mais pesados, com muitos componentes no núcleo e múltiplos elétrons, possuam. maior extensão que os átomos leves.
O principio da exclusão explica a estabilidade das estrelas que entraram em colapso. O Sol vai consumir todo seu combustível, dentro de alguns bilhões de anos. Seu calor interno diminuirá e não produzira mais pressão suficiente para suportar sua massa gigantesca. Então a gravitação se encarregará de fazer o astro-rei contrair-se, até se transformar numa estrela anã-branca. E por que uma estrela assim não pode ficar ainda menor? Porque os elétrons não podem se comprimir ainda mais. Mas, segundo a Teoria da Relatividade, é impossível a solidificação total; se uma estrela em vias de extinção possui massa suficiente, seus elétrons começam a mover-se cada vez mais rapidamente, até aproximar-se da velocidade da luz. Nestas condições, o principio da exclusão permite que os elétrons se aproximem mais uns dos outros e pode ser que a estrela se encolha até se tornar do tamanho de uma cidade.

5349 – Física – Imagens do átomo


Cientistas da IBM, na Califórnia, conseguiram reproduzir com a ajuda do mais sofisticado microscópio inventado pelo homem: o de tunelamento eletrônico a 1ª foto completa da molécula de benzeno. Em 1981 quando foi inventado desencadeou corrida para dar forma aquilo que os gregos já conheciam desde o século 5 aC, os átomos, as partículas básicas de tudo. Com amostras ampliadas 20 mil vezes, alguns tipos de vírus puderam então se materializar. Tal telescópio popularizou a unidade de referência criada no século19, o angstron que é 1/10 de bilionésimo de 1 metro. O princípio de funcionamento lembra o de uma agulha de toca-discos, mas em escala infinitamente menor. As descobertas da Mecânica Quântica feitas em 1900 pelo físico alemão Max Planck (1858 – 1947) mostraram que em determinadas circunstâncias,os elétrons podem penetrar barreiras sem ter energia suficiente para isso.

5236 – Nanotecnologia – As Nanomáquinas


Nanotecnologia: Oração do Pai Nosso na cabeça de um alfinete, já não é mais piada

Antes de mais nada, vamos dar um referencial de quão pequena é a escala de que estamos falando. O prefixo nano, que em grego quer dizer anão, refere-se também ao conceito de 10-9 m: 1 bilionésimo de metro. Para quem não achou tão nanico assim, uma sugestão: faça de conta que você tem um robô dessa escala e uma régua de 1 metro lado a lado. Aumente-os na mesma proporção. Quando a régua chegar a 2 000 quilômetros, o equivalente à distância entre São Paulo e Salvador, o robô ainda estaria do tamanho de uma formiga.
Quão pequena uma máquina precisa ser para merecer o conceito de nanotecnológico? Os cientistas ainda não se entenderam completamente em relação a esse ponto. Para alguns, nanotecnologia diz respeito apenas a objetos que só possam ser medidos em nanos, coisa de, no máximo, alguns bilionésimos de metro. De acordo com esse ponto de vista, um robô do tamanho de uma bactéria seria grande demais para ser considerado nanotecnologia.
Que aparência terão as nanomáquinas? Nada de cópias idênticas dos robôs atuais reduzidos um bilhão de vezes. Nada de braços ou pernas. Sua aparência será geométrica, formada por cadeias de átomos. Um exemplo são os nanotubos. Compostos por umas poucas dezenas de átomos de carbono, esses cilindros servem de ferramenta para interagir no universo atômico. De tão pequenos, não podem ser simplesmente agarrados. O único jeito de movimentá-los é com repulsão elétrica. À primeira vista, parece coisa de gente tentando construir barco em garrafa, mas os efeitos são práticos e partem de um raciocínio simples: se todas as coisas são feitas de átomos e moléculas, bastaria rearranjá-las para transformar um objeto em outro.
De materiais mais resistentes a satélites microscópicos, as aplicações da nanotecnologia vão além da imaginação. Uma das promessas para as próximas décadas é a poeira digital, formada por robôs com alto poder de análise. Ao ser jogados num incêndio, por exemplo, milhões de transmissores a laser, propulsores e outras superminiparafernálias serão capazes de identificar os focos do fogo e estabelecer táticas de combate ao incêndio. Na agricultura, eles estarão ligados a cada vegetal, criando plantações inteiras com o poder de se livrar das pragas sem a ajuda do homem.
A busca por chips cada vez mais rápidos tem dado um bom empurrão no desenvolvimento da nanotecnologia. As placas de silício estão chegando ao seu limite físico e cabe à nanotecnologia dar soluções para esse dilema, como chips construídos átomo por átomo por meio de processos químicos.
A idéia de uma máquina do tamanho de uma bactéria com o poder de se reproduzir e de andar por dentro das pessoas tem gerado muita polêmica. É grande o medo de que tudo isso saia do controle. O Pentágono já demonstrou interesse por uma das facetas destruidoras dessa tecnologia, as nanobombas. Trata-se de nanorrobôs feitos para explodir ao entrar em contato com o alvo. Podem ser um microorganismo nocivo ao homem ou qualquer outra coisa devastadora. Nos Estados Unidos, por exemplo, foram testados, com sucesso, explosivos 5 000 vezes menores que a cabeça de uma agulha.
Ponto de Vista:
Se isso serve de conforto, acho que temos maneiras bem mais fáceis e baratas de construir armas terríveis do que usando a nanotecnologia. É o caso da energia nuclear. Mas há verdade, sim, nas palavras de Joy. Qualquer coisa poderosa sempre será passível de ser utilizada para fins maléficos. Os raios laser são usados pelos militares, mas nem por isso vamos abandonar essa tecnologia. Ou vamos?

3114 – Física – O 5° estado da matéria


Quanto mais fundo é o mergulho no átomo, mais estranho é o comportamento da matéria.

Para estudar os grãozinhos mais ínfimos da matéria, os cientistas inventaram na década de 30 uma máquina que, em suas versões mais modernas, se tornou gigantesca – o acelerador de partículas. Ele funciona como uma pista de corrida para as menores partes do átomo. A idéia é acelerá-las a velocidades próximas à da luz (300 000 quilômetros por segundo), fazendo-as trombar de frente. Nesses choques, elas se quebram em cacos ainda menores. Os estilhaços são observados para conferir como se comportam na prática, e assim pôr à prova as teorias. Nas máquinas mais sofisticadas, o objetivo principal é o de achar, em meio aos fragmentos das trombadas subatômicas, alguma partícula nunca vista antes. Praticamente tudo o que se sabe sobre os pedaços do átomo menores do que o próton, como os quarks foi descoberto com esses enormes aparelhos.
Há atualmente três grandes aceleradores no mundo. O maior deles, o LEP, sigla em inglês para Grande Acelerador de Elétrons e Pósitrons, fica em Genebra, na Suíça. É um imenso anel subterrâneo, com 27 quilômetros de circunferência, ligado a um círculo menor. Os outros dois são americanos – o Tevatron, perto de Chicago, e o Acelerador Linear de Stanford, na Califórnia. Em 2005 deverá entrar em ação o mais potente acelerador do planeta, o LHC, Grande Colisionador de Hádrons (nome genérico para partículas como os prótons). Ele utilizará o mesmo túnel do LEP, na Suíça. Lá, os cientistas esperam reproduzir o Big Bang, a grande explosão que deu início ao Universo, há 13 bilhões de anos – só que em miniatura.
Neste século foI descoberto um quinto estado da matéria, além do sólido, do líquido, do gasoso e do plasma, existente em temperaturas tão altas quanto a do Sol. É o condensado Bose-Einstein, sugerido por Einstein a partir de estudos do físico indiano Satyendra Bose. Acontece em temperaturas próximas do zero absoluto. O frio é tão grande que faz os átomos se unirem, formando um superátomo.
O avesso da matéria
Cada partícula tem um irmão gêmeo rebelde. Sua massa é a mesma, mas a carga elétrica é diferente. O antielétron é positivo, já que o elétron sempre é negativo. Quando uma partícula colide com sua antipartícula, ambas são aniquiladas, gerando energia. A antimatéria foi descrita em 1930 por Paul Dirac (1902-1984), um físico inglês. É o combustível da nave Enterprise, da série Jornada nas Estrelas.
Bolinhas espevitadas
Os físicos adoram inventar nomes para as partículas que descobrem. Em 1961, quando o americano Murray Gell-Mann, hoje com 80 anos, achou uns corpúsculos estranhos dentro do próton, no núcleo atômico, chamou-os de quarks. A palavra, extraída do livro Finnegan’s Wake, do escritor irlandês James Joyce (1882-1941), não tem sentido nenhum e foi criada só para fazer uma rima. Mas até que combina com essas coisinhas minúsculas, que giram a velocidades quase iguais à da luz. A proporção entre um quark e o próton onde ele mora – sempre em grupos de três – é a mesma que existe entre a bola e o campo no jogo de golfe. Ele é o menor pedaço de matéria no núcleo do átomo. Por enquanto, é claro.

2811 – Física: Átomo, essa onda pegou


Nem todos sabem que o conceito de átomo com que trabalham os cientistas de hoje tem muito pouco a ver com os duros e indivisíveis grãos de matéria imaginados pelos filósofos da velha Grécia. A nova visão do átomo é basicamente fruto de uma teoria – a Mecânica Quântica – que, a partir dos anos 20, bombardeou algumas das idéias mais consolidadas da Física.Por que os números e os ponteiros de certos relógios brilham no escuro? A pergunta parece banal. A resposta, entretanto, pode ser o ponto de partida para uma viagem à natureza íntima da matéria que constitui o Universo. O relógio brilha por causa de um fenômeno conhecido desde o começo do século – a radiatividade. Os átomos pesados e instáveis de elementos químicos como o rádio e o urânio emitem partículas carregadas de alta energia. Essas partículas foram batizadas com o nome de radiação alfa.
O descobridor das partículas alfa, o físico neozelandês radicado na Inglaterra Ernest Rutherford (1871-1937), teve certo dia a idéia de utilizar essas ínfimas partículas, menores que um átomo, para estudar os segredos do próprio átomo.
Isso lhe permitiu, de saída, uma descoberta sensacional: a de que, ao contrário do que se pensava, os minúsculos átomos são constituídos de imensos espaços vazios; a maior parte da massa atômica se concentra num núcleo central, de carga elétrica positiva; ao redor desse núcleo e a determinada distância dele ficam os elétrons, de carga negativa. Essa descoberta permitiu a Rutheford comparar os átomos ao sistema solar: o núcleo seria o Sol e os elétrons, movendo-se em órbitas precisas ao seu redor, seriam os planetas.
Tal modelo esbarrava, porém, numa séria dificuldade: é que, de acordo com a teoria clássica, ao se moverem ao redor do núcleo, os elétrons deveriam perder continuamente parte de sua energia, transformada em radiação eletromagnética. O resultado disso seria nada menos que uma tragédia: literalmente, o fim do mundo. Pois, à medida que fossem perdendo energia, os elétrons passariam a circular em órbitas cada vez mais próximas do núcleo, até finalmente chocar-se com ele. Assim, se a comparação de Rutherford fosse correta, todo átomo deveria desabar sobre si mesmo. Para felicidade geral do Universo, não é isso o que acontece: os elétrons mantêm-se em movimento sem nenhuma perda de energia.
O primeiro a querer explicar esse fenômeno que violava as leis da Física conhecida no começo do século foi o dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) Após visitar Rutherford em Manchester, na Inglaterra, em 1912, Bohr conseguiu deduzir uma fórmula para determinar os diferentes níveis de energia que poderiam ser ocupados pelo elétron no mais simples dos átomos, o do hidrogênio, que tem um só próton no núcleo e um só elétron em volta dele.
Doze anos depois da descoberta de De Bohr, em 1924, um jovem físico e aristocrata francês, Louis de Broglie, que ganharia o prêmio Nobel de Física de 1929, propôs uma resposta audaciosa para o enigma. Einstein havia demonstrado que a luz, que sempre fora concebida como uma onda, se comportava às vezes como um jorro de partículas—ou fótons. De Broglie fez então o raciocínio inverso: se assim é, por que o elétron. concebido como uma partícula. não poderia se comportar como uma onda? Ele deduziu, então, uma fórmula simples para calcular o comprimento de onda do elétron quanto maior a quantidade de movimento do elétron, mais curto o seu comprimento de onda.
A hipótese de De Broglie fornecia uma explicação confortável para a pergunta que intrigava os físicos: por que os elétrons podiam ocupar apenas determinados níveis de energia no átomo de Bohr? Pois, se o elétron pode ser pensado como uma onda, ele se comporta, quando confinado no interior do átomo, como uma onda estacionária, isto é, que se propaga num meio limitado, como ocorre com as ondas produzidas na água de um tanque quando atiramos nela uma pedra.
O que De Broglie formulou como pura hipótese matemática teve importantes conseqüências na investigação da estrutura do átomo. O físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1961) deduziu, a partir da hipótese de De Broglie, uma equação de onda que logo se transformaria numa das fórmulas mais usadas em toda a Física Schrödinger estava firmemente convencido de que a onda proposta por De Broglie para explicar o elétron não era apenas uma simples analogia matemática, mas uma realidade física.
Pensar no elétron como uma onda, semelhante às que se formam na água, pode parecer uma idéia extremamente ousada e revolucionária. Entretanto na história da Física do século XX, seu papel foi essencialmente conservador. Ao formular sua célebre equação, o que Schrödinger tinha em mente era salvar as boas e velhas idéias da Física clássica, ameaçadas pelo insólito comportamento do elétron, que fazia coisas tão impensáveis quanto desaparecer de uma órbita para aparecer na órbita seguinte sem passar pelo espaço intermediário. E, pior ainda, fazia isso mais rápido que um relâmpago, contrariando assim a Teoria da Relatividade de Einstein, segundo a qual nenhum corpo pode se deslocar no Universo com velocidade superior à da luz.
A dualidade da matéria, que ora se comporta como partícula ora como onda, cria situações inimagináveis ao nosso senso comum. Um efeito quase fantasmagórico é o que ocorre, por exemplo, na própria emissão daquelas partículas alfa descobertas por Rutherford. As partículas alfa estão longe de ter um nível de energia suficiente para ultrapassar o poderosíssimo campo de força que mantém os núcleos atômicos coesos: sua emissão, portanto, seria simplesmente impossível nos termos na Física clássica. Mas o caráter de onda de que também as partículas alfa são dotadas possibilita a passagem. O fenômeno, que ocorre com outras partículas subatômicas, como o elétron, é conhecido como efeito túnel e só pode ser explicado a partir da Mecânica Quântica
Esses fatos todos parecem paradoxais porque nosso senso comum foi formado a partir de experiências cotidianas que não têm nada a ver com a realidade existente na escala do átomo. Conceitos como partícula e onda, tomados de empréstimo ao arsenal de idéias derivadas de experiências macroscópicas, permitem apenas uma explicação muito imperfeita do menos que microscópico mundo subatômico. A rigor, um elétron não é nem uma partícula nem uma onda, mas um outro nível de realidade, cujo comportamento às vezes pode ser associado ao de uma partícula e às vezes ao de uma onda.
Será que a natureza ondulatória da matéria se restringe ao mundo subatômico? Aparentemente, não. Ela já foi verificada também em relação a átomos completos. em princípio, não é fora de propósito dizer que todos os corpos do Universo têm uma onda associada: isso vale para os seres vivos como para os planetas, estrelas, galáxias e o Universo inteiro. Por que então não se pode perceber a onda de um homem ou de um planeta? O motivo é simples. O comprimento de onda diminui à medida que a quantidade de movimento do corpo aumenta. E esta depende não apenas da velocidade do corpo, mas também de sua massa. Como a massa de um corpo humano para não falar na de um planeta —é fantasticamente superior à de um elétron, o comprimento da onda associada ao homem é tão pequeno que escapa à detecção mais acurada.

A luz em pacotes
A mecânica Quântica só se desenvolveu graças a uma descoberta-chave feita em 1900 pelo físico alemão Max Planck (1858-1947). Ele constatou que qualquer tipo de radiação – a luz, por exemplo—só pode ser emitida, transmitida e absorvida em quantidades discretas de energia. Isso significa que o fluxo de energia é formado por uma quantidade de pequenos pacotes indivisíveis de energia – os quanta (plural de quantum). A energia de cada quantum é igual à freqüência da radiação multiplicada por um valor constante, chamado constante de Planck e representado nas fórmulas pela letra h.
A descoberta de Planck permitiu que em 1905 Albert Einstein explicasse o efeito fotoelétrico, que intrigava os físicos da época. Esse efeito ocorre quando uma placa de metal recebe luz e emite elétrons, como se a força da luz expulsasse parte dos elétrons existentes nos átomos de metal. Einstein mostrou que o fenômeno só podia ser explicado se se pensasse a luz não como uma onda contínua, como a considerava a Física clássica, mas como um jorro de partículas—os fótons—, o que estava de acordo com a natureza quântica da energia descoberta por Planck.

2799 – Física – Pode ter sido achada uma nova partícula fundamental da matéria


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Se um grupo de físicos americanos estiver certo, a humanidade acaba de topar com uma nova partícula fundamental –uma peça essencial do quebra-cabeças da matéria que, até agora, tinha passado despercebida.
A possibilidade vem de dados obtidos pelo Tevatron, acelerador de partículas que fica em Batavia, Illinois (meio-oeste dos EUA). Os físicos que avaliaram os dados trabalham no Fermilab, instituição onde o superacelerador está instalado.
O trabalho desse tipo de máquina é promover trombadas de partículas em níveis de energia altíssimos. No caso do Tevatron, as trombadas envolvem prótons (componentes do núcleo dos átomos com carga elétrica positiva) e antiprótons (“gêmeos” dos prótons com carga invertida, negativa).
Quando a pancada de partículas acontece, os prótons e antiprótons originais são aniquilados, e o que sobra são jatos altamente energéticos dos componentes menores dessas partículas.
É mais ou menos como jogar um computador no chão com força suficiente para que as peças se soltem. Depois, examinando as peças, tenta-se entender como ele estava montado e como funcionava.
Só que, no experimento coordenado pelo físico Giovanni Punzi, havia uma peça completamente inesperada. Os cientistas já conhecem um zoológico de partículas fundamentais, mas nenhuma bate com a energia dos jatos observados nos testes.
Então, que diabos seria aquilo? Um candidato é o misterioso bóson de Higgs, partícula prevista teoricamente mas nunca achada, que daria massa (o que chamamos popularmente de “peso”) a outras partículas.
Punzi e companhia não apostam nessa hipótese. “Mas a massa do que eles viram até poderia ser compatível com o Higgs”, avalia Ronald Shellard, do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), no Rio de Janeiro.

2208-Física:A teoria quântica e o microscópio


O relógio brilha no escuro por causa de um fenômeno conhecido desde o começo do século, a radioatividade. Átomos pesados e instáveis de elementos químicos como o rádio e o urânio emitem partículas carregadas de alta energia que foram batizadas de radiação alfa. O descobridor delas foi Ernest Rutheford (1871-1937), um físico neozelandês radicalizado na Inglaterra. Descobriu que os minúsculos átomos são constituídos de grandes espaços vazios, e a maior parte de sua massa se concentra num núcleo central de carga elétrica positiva, e ao redor deste, os elétrons , de carga negativa. O primeiro a querer explicar o fenômeno que violava as leis da física do início do século foi um dinamarquês chamado Bohr. Einstein havia demonstrado que a luz, que sempre foi concebida como uma onda, se comportava as vezes como um jorro de partículas, ou fótons. Segundo a teoria da relatividade, nenhum corpo pode se deslocar no universo com a velocidade superior á da luz. A dualidade da matéria, que ora se comporta como partícula, ora como onda, cria situações inimagináveis ao nosso senso comum. O fenômeno que ocorre com outras partículas subatômicas como o elétron, é conhecido como efeito túnel e só pode ser explicado a partir da mecânica. A rigor, um elétron não é nem partícula nem uma onda, mas um outro nível de realidade, cujo o comportamento , as vezes pode ser associado ao de uma partícula é de uma onda. Uma das aplicações desse efeito ocorre com o microscópio eletrônico, que substitui com vantagem os óticos.

1813-O Átomo e a Sua Estrutura


Até o fim do século 19, os cientistas eram unânimes em crer na indivisibilidade do átomo. Em 1897, JJ Thompson, físico inglês, brilhantemente destruiu essa teoria com a descoberta do elétron, que é 1 milhão de vezes menor que a maior ampliação que se pode obter no melhor microscópio eletrônico e seria necessário uma corrente de 1 milhão de trilhões de elétrons por segundo para acender uma lâmpada de 10 watts. Millikan fez esses cálculos com toda a precisão em 1914. O átomo de hidrogênio, cujo número atômico é 1, possui 1 próton no núcleo e um elétron, numa órbita única. As órbitas periféricas dos átomos de metal tendem a ceder elétrons, quando submetidos a ação de uma energia externa, como calor, magnetismo e etc. No átomo de cobre, por exemplo, só há um elétron em sua órbita periférica, que é justamente o que se desprende mais facilmente para se tornar um elétron-livre. Cada elétron-livre passa a fazer parte da órbita exterior de um átomo adjacente, o qual por sua vez libera um elétron-livre, que passa a outro átomo e assim sucessivamente.

Física – O Quark pode não ser a menor partícula da matéria


Segundo pesquisadores americanos, parece que ele é formado por algo ainda menor. Até se acreditava que o quark, dentro dos prótons, era o bloco fundamental de tudo o que existe, mas com um acelerador de partículas a equipe americana trombou com caroços diferentes e de duas uma: ou o quark se misturou a outra partícula e se tornou irreconhecível, ou se quebrou em partes ainda menores e se isso for verdade, toda a estrutura de teorias rui por terra. Mas os descobridores estão cautelosos afirmando que é cedo para conclusões definitivas.

Megatabelinha – Elementos Químicos instáveis


93 NP Netúnio 94 PU Plutônio 95 AM Amerício 96 CM Cúrio 97 BK Berquélio 98 CF Califórnio 99 E Einstênio 100 FM Férmio 101 MV Mendelévio 102 NE Nobélio e 103 LW Lawrêncio.
Tais elementos, por serem anti-naturais, tem uma existência extremamente breve; o Amerício, que é dos de vida mais longa, possui um meio tempo de pouco mais de 400 anos, a meia vida do Einstênio não chega a 1 segundo. Aparecem em quantidades tão diminutas que muitas vezes nem são visíveis. Todos extremamente perigosos devido a seu grande número de prótons, produzem radiação intensa.

Em qualquer átomo, a órbita externa é que determina as propriedades características de cada elemento e quais as possibilidades que tem ou não de se associar com outro elemento para formar nova substância. Por isso é necessário que nas órbitas externas de 2 elementos circulem números completos de elétrons. Os chamados “gases nobres” tem suas órbitas ocupadas, não entrando em associação com outros elementos, sendo átomos isolados. Na formação da molécula do sal, o átomo de sódio vai emprestar ao de cloro o elétron que faltava para completar sua órbita.