Atom - Atom


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átomo de hélio
Hélio estado fundamental átomo.
Uma ilustração do hélio átomo, que descreve o núcleo (rosa) e a nuvem de electrões de distribuição (preto). O núcleo (parte superior direita) em hélio-4 é, na realidade simetria esférica e se assemelha de perto a nuvem de electrões, embora para núcleos mais complicadas esta nem sempre é o caso. A barra preta é um angstrom ( 10 -10  m ou 100  pm ).
Classificação
Menor divisão reconhecida de um elemento químico
propriedades
faixa de massa 1,67 × 10 -27 a 4,52 x 10 -25  kg
Carga elétrica zero (neutro), ou ião de carga
diâmetro gama 62 pm ( Ele ) a 520 pm ( Cs ) ( página de dados )
componentes Electrões e um compacto núcleo de protões e neutrões

Um átomo é a menor unidade constituinte do comum matéria que tem as propriedades de um elemento químico . Cada sólido , líquido , gás , e de plasma é composto por neutros ou ionizados átomos. Os átomos são extremamente pequeno; tamanhos típicos são cerca de 100  picometros (a dez bilionésimo de um metro, na escala curta ).

Os átomos são pequenos o suficiente que a tentativa de prever seu comportamento usando a física clássica - como se fossem bolas de bilhar , por exemplo - dá previsões visivelmente incorretos devido a efeitos quânticos . Através do desenvolvimento da física, modelos atômicos incorporaram princípios quânticos para melhor explicar e prever este comportamento.

Cada átomo é composto por um núcleo e um ou mais electrões ligados ao núcleo. O núcleo é feito de um ou mais protões e, tipicamente, um número semelhante de neutrões . Prótons e nêutrons são chamados núcleos . Mais do que 99,94% de de um átomo de massa é no núcleo. Os prótons têm uma positiva carga elétrica , os elétrons têm uma carga elétrica negativa, e os nêutrons não têm carga elétrica. Se o número de prótons e elétrons são iguais, aquele átomo é eletricamente neutro. Se um átomo tem mais ou menos elétrons que prótons, em seguida, que tem uma carga negativa ou positiva global, respectivamente, e é chamado um ião .

Os electrões de um átomo são atraídos para os protões em um núcleo atómico por esta força electromagnética . Os protões e neutrões no núcleo são atraídos um para o outro por uma força diferente, a força nuclear , que é geralmente mais forte do que a força electromagnética repelindo os protões carregados positivamente a partir de uma outra. Sob certas circunstâncias, a força de repulsão electromagnética se torna mais forte do que a força nuclear, e núcleos pode ser ejectada a partir do núcleo, deixando para trás um elemento diferente: decaimento nuclear resultante em transmutação .

O número de protões no núcleo define para o elemento químico do átomo pertence: por exemplo, todos os cobre átomos de conter 29 protões. O número de neutrões define o isótopo do elemento. O número de electrões influencia as magnéticos propriedades de um átomo. Os átomos podem anexar a um ou mais outros átomos por ligações químicas para formar compostos químicos tais como moléculas . A capacidade de átomos para associar e dissociar é responsável pela maioria das alterações físicas observadas na natureza e é o assunto da disciplina de química .

História da teoria atômica

Átomos em filosofia

A idéia de que a matéria é composta de unidades discretas é uma idéia muito antiga, aparecendo em muitas culturas antigas como a Grécia e Índia. A palavra "átomo" ( grego : ἄτομος ; atomos ), que significa "uncuttable", foi cunhado pelos antigos filósofos gregos Leucipo e seu aluno Demócrito ( c. 460 - c. 370 aC). Democritus ensinado que os átomos eram em número infinito, não criada, e eterna, e que as qualidades dos resultados de um objecto a partir do tipo de átomos que a compõem. Atomismo de Demócrito foi refinado e elaborado pelo filósofo depois Epicuro (341-270 aC). Durante as Alta Idade Média , o atomismo foi principalmente esquecido na Europa Ocidental, mas sobreviveu entre alguns grupos de filósofos islâmicos. Durante o século XII, o atomismo ficou conhecido novamente na Europa Ocidental através de referências a ele nos escritos recém-redescobertos de Aristóteles .

No século XIV, a redescoberta de grandes obras descrevendo ensinamentos atomistas, incluindo Lucrécio 's De rerum natura e Diógenes Laércio s' Vidas e Doutrinas dos Filósofos Ilustres , levou ao aumento da atenção dos estudiosos sobre o assunto. No entanto, porque atomism foi associada com a filosofia de Epicurismo , que contrariada ensinamentos cristãos ortodoxos, crença em átomos não foi considerado aceitável. O padre católico francês Pierre Gassendi (1592-1655) reviveu o atomismo epicurista com modificações, argumentando que os átomos foram criados por Deus e, embora extremamente numerosos, não são infinitos. Teoria modificada de Gassendi de átomos foi popularizado na França pelo médico François Bernier (1620-1688) e na Inglaterra pelo filósofo natural Walter Charleton (1619-1707). O químico Robert Boyle (1627-1691) eo físico Isaac Newton (1642-1727) tanto defendeu atomismo e, até o final do século XVII, tornou-se aceito por parte da comunidade científica.

Primeira teoria baseada em evidências

Vários átomos e moléculas, como representado na John Dalton 's Um novo sistema de química filosofia (1808).

No início dos anos 1800, John Dalton usou o conceito de átomos para explicar por elementos sempre reagem em proporções de pequenos números inteiros (a lei das proporções múltiplas ). Por exemplo, há dois tipos de óxido de estanho : um é 88,1% de estanho e 11,9% de oxigénio e o outro é 78,7% de estanho e 21,3% de oxigénio ( de estanho (II), óxido e estanho dióxido respectivamente). Isto significa que 100 g de estanho vão combinar quer com 13,5 g ou 27 g de oxigénio. 13,5 e 27 formam uma proporção de 1: 2, uma proporção de pequenos números inteiros. Este padrão comum em química sugerido para Dalton que os elementos reagem em múltiplos de unidades discretas - em outras palavras, átomos. No caso de óxidos de estanho, um átomo de estanho vão combinar-se com qualquer um ou dois átomos de oxigénio.

Dalton também acreditava teoria atômica poderia explicar por que a água absorve gases diferentes em diferentes proporções. Por exemplo, descobriu que a água absorve o dióxido de carbono muito melhor do que absorve azoto . Dalton hipótese de este foi devido às diferenças entre as massas e configurações das respectivas partículas dos gases, e as moléculas de dióxido de carbono (CO 2 ) são mais pesados e maiores do que as moléculas de azoto (N 2 ).

movimento browniano

Em 1827, o botânico Robert Brown usado um microscópio de olhar para grãos de poeira que flutuam na água e descobriu que eles se moviam de forma irregular, um fenômeno que ficou conhecido como " movimento browniano ". Isto foi pensado para ser causado por moléculas de água batendo os grãos cerca. Em 1905, Albert Einstein provou a realidade dessas moléculas e seus movimentos, produzindo a primeira física estatística análise do movimento browniano . Físico francês Jean Perrin usou o trabalho de Einstein para determinar experimentalmente a massa e as dimensões dos átomos, assim conclusivamente verificar teoria atômica de Dalton .

Descoberta do elétron

O experimento de Geiger-Marsden
Topo: Resultados esperados: partículas alfa que passam através do modelo de pudim de ameixa do átomo de deflexão com negligenciável.
Parte inferior: Observado resultados: uma pequena porção das partículas foram desviados pela carga positiva concentrada do núcleo.

O físico JJ Thomson medida a massa de raios catódicos , que mostra que foram feitas de partículas, mas foram aproximadamente 1800 vezes mais leve do que o átomo de mais leve, de hidrogénio . Portanto, eles não eram átomos, mas uma nova partícula, o primeiro subatômica partículas a ser descoberto, que ele originalmente chamado de " corpúsculos ", mas mais tarde foi chamado de elétrons , depois de partículas postulados por George Johnstone Stoney em 1874. Ele também mostrou que eles eram idênticos aos partículas emitidas por fotoeléctricas materiais e radioactivos. Foi rapidamente reconhecido que eles são as partículas que transportam correntes eléctricas nos fios de metal, e transportar a carga eléctrica negativa dentro átomos. Thomson foi dado de 1906 Prêmio Nobel de Física para este trabalho. Assim, ele anulou a crença de que as partículas são átomos indivisíveis, final da matéria. Thomson também incorrectamente postulado que a massa baixa, os electrões de carga negativa foram distribuídos por todo o átomo num mar uniforme de carga positiva. Isso ficou conhecido como o modelo de pudim de ameixa .

Descoberta do núcleo

Em 1909, Hans Geiger e Ernest Marsden , sob a direcção de Ernest Rutherford , bombardeados uma folha de metal com partículas alfa observar como dispersas. Eles esperavam que todas as partículas alfa para passar direto através com pouco desvio, porque o modelo de Thomson disse que as acusações no átomo são tão difusa que seus campos elétricos não podem afetar as partículas alfa muito. No entanto, Geiger e Marsden manchado partículas alfa ser desviado pela ângulos maiores do que 90 °, que era suposto ser impossível de acordo com o modelo de Thomson. Para explicar isso, Rutherford propôs que a carga positiva do átomo é concentrada em um núcleo pequena no centro do átomo.

Descoberta de isótopos

Ao experimentar com os produtos de decaimento radioactivo , em 1913 radioquímico Frederick Soddy descobriu que parecia haver mais do que um tipo de átomo, em cada posição na tabela periódica . O termo isótopo foi inventado por Margaret Todd como um nome adequado para diferentes átomos que pertencem ao mesmo elemento. JJ Thomson criada uma técnica de separação isotópica através do seu trabalho em gases ionizados , que subsequentemente levaram à descoberta de isótopos estáveis .

modelo de Bohr

O modelo de Bohr do átomo, com um electrão fazendo instantâneos "saltos quânticos" a partir de uma órbita para outro. Este modelo é obsoleto.

Em 1913 o físico Niels Bohr proposto um modelo no qual foram assumidos os electrões de um átomo para a órbita do núcleo, mas só poderia fazer isso em um conjunto finito de órbitas, e pode mover-se entre estas órbitas apenas em alterações discretas de energia correspondente à absorção ou radiação de um fotão. Esta quantificao foi usada para explicar porque as órbitas electrões são estável (dado que, normalmente, os encargos em aceleração, incluindo movimento circular, perdem energia cinética que é emitida na forma de radiação electromagnética, ver radiação sincrotrão ) e por elementos de absorver e emitir radiação electromagnética em espectros discreta .

Mais tarde no mesmo ano, Henry Moseley forneceu evidência experimental adicional a favor da teoria de Niels Bohr . Estes resultados refinado Ernest Rutherford 's e António Van den Broek ' s modelo, que propôs que o átomo contém no seu núcleo um número de positivos cargas nucleares que é igual ao seu número (atómica) na tabela periódica. Até estes experimentos, número atómico não era conhecido por ser uma grandeza física e experimental. Que é igual à carga nuclear atômica continua a ser o modelo atômico aceito hoje.

A ligação química explicado

As ligações químicas entre os átomos foram agora explicada, por Gilbert Newton Lewis em 1916, como as interacções entre os constituintes electrões. Como as propriedades químicas dos elementos foram conhecida a repetir-se em larga medida de acordo com a lei periódica , em 1919, o químico americano Irving Langmuir sugeriram que isto poderia ser explicado se os electrões num átomo foram ligados ou agrupados de alguma maneira. Grupos de elétrons foram pensados para ocupar um conjunto de conchas de elétrons em torno do núcleo.

Outros desenvolvimentos na física quântica

O experimento de Stern-Gerlach de 1922 forneceu mais uma prova da natureza quântica de propriedades atômicas. Quando um feixe de átomos de prata foi passado através de um campo magnético de forma especial, o feixe foi dividido de forma correlacionada com a direcção do momento angular de um átomo, ou centrifugação . Como esta direcção de rotação é inicialmente aleatório, seria de esperar que o feixe para deflectir numa direcção aleatória. Em vez disso, o feixe foi dividido em dois componentes direccionais, correspondendo ao atómica rotação sendo orientada para cima ou para baixo em relação ao campo magnético.

Em 1925, Werner Heisenberg publicou a primeira formulação matemática consistente da mecânica quântica ( mecânica matricial ). Um ano antes, em 1924, Louis de Broglie propôs que todas as partículas se comportam de uma forma como ondas e, em 1926, Erwin Schrödinger usou essa idéia para desenvolver um modelo matemático do átomo (mecânica ondulatória), que descreveu os elétrons como três dimensionais formas de onda , em vez de partículas pontuais.

Uma consequência da utilização de formas de onda para descrever partículas é que é matematicamente impossível obter valores precisos, tanto para a posição e quantidade de movimento de uma partícula num dado ponto no tempo; Isto tornou-se conhecido como o princípio de incerteza , formulado por Werner Heisenberg em 1927. Neste conceito, para uma determinada precisão na medição de uma posição de um só podia obter uma gama de valores prováveis para impulso, e vice-versa. Este modelo foi capaz de explicar as observações do comportamento atómica que os modelos anteriores não podiam, tais como certas estruturais e espectrais padrões de átomos maiores do que hidrogénio. Assim, o modelo planetário do átomo foi rejeitado em favor de um que descrito orbitais atómicas zonas em torno do núcleo, onde um dado de electrões é mais provável de ser observada.

Descoberta do nêutron

O desenvolvimento do espectrómetro de massa permitiu a massa de átomos de ser medida com maior precisão. O dispositivo utiliza um íman para curvar a trajectória de um feixe de iões, e a quantidade de deflexão é determinada pela razão da massa de um átomo para a sua carga. O químico Francis William Aston usou este instrumento para mostrar que isótopos teve massas diferentes. A massa atômica destes isótopos variaram de acordo com valores inteiros, chamado de toda a regra número . A explicação para estas diferentes isótopos aguardado a descoberta do neutrão , uma partícula não carregado com uma massa semelhante ao de protões , pelo físico James Chadwick em 1932. Os isótopos foram, em seguida, explicado como elementos com o mesmo número de protões, mas diferentes números de neutrões no interior do núcleo.

Fissão, física de alta energia e da matéria condensada

Em 1938, o químico alemão Otto Hahn , um estudante de Rutherford, nêutrons direcionada para átomos de urânio com a expectativa de obter elementos transurânicos . Em vez disso, seus experimentos químicos mostrou bário como um produto. Um ano depois, Lise Meitner e seu sobrinho Otto Frisch verificado que o resultado de Hahn foram os primeiros experimental de fissão nuclear . Em 1944, Hahn recebeu o prêmio Nobel em química. Apesar dos esforços de Hahn, as contribuições de Meitner e Frisch não foram reconhecidos.

Na década de 1950, o desenvolvimento de melhores aceleradores de partículas e detectores de partículas permitiu aos cientistas estudar os impactos de átomos que se deslocam a altas energias. Neutrões e protões foram encontrados para ser hadríons , ou compósitos de partículas menores chamadas quarks . O modelo padrão da física de partículas foi desenvolvido que até agora tem explicado com sucesso as propriedades do núcleo em termos destas partículas sub-atómicas e as forças que governam as suas interacções.

Estrutura

Partículas subatômicas

Embora a palavra átomo originalmente denotava uma partícula que não pode ser cortado em partículas menores, no uso científico moderno o átomo é composto de várias partículas subatômicas . As partículas constituintes de um átomo são os electrões , do protão e do neutrão ; todos os três são férmions . No entanto, o átomo de hidrogénio-1 átomo não tem neutrões e o ião Hydron não tem electrões.

O electrão é de longe o menos massiva destas partículas em 9,11 x 10 -31  kg , com um negativo carga eléctrica e um tamanho que é demasiado pequeno para ser medido utilizando técnicas disponíveis. Foi a partícula mais leve com um resto positivo massa medida, até a descoberta de neutrino massa. Sob condições normais, os electrões estão ligados ao núcleo carregado positivamente pela atracção criado a partir de cargas eléctricas opostas. Se um átomo tem mais ou menos electrões do que o seu número atómico, então torna-se respectivamente negativamente ou positivamente carregada como um todo; um átomo carregado é chamado um ião . Elétrons são conhecidos desde o final do século 19, principalmente graças ao JJ Thomson ; veja história da física subatômica para mais detalhes.

Protões têm uma carga positiva e uma massa 1.836 vezes maior do que a de electrões, em 1.6726 x 10 -27  kg . O número de prótons em um átomo é chamado de número atômico . Ernest Rutherford (1919) observaram que o azoto sob bombardeamento de partículas alfa ejecta o que parecia ser núcleos de hidrogénio. Em 1920 ele tinha aceitado que o núcleo do hidrogênio é uma partícula distinta dentro do átomo e nomeou- próton .

Neutrões não têm carga eléctrica e tem uma massa livre de 1.839 vezes a massa do electrão, ou 1.6929 x 10 -27  kg , o mais pesado dos três partículas constituintes, mas que pode ser reduzida pela energia de ligação nuclear . Neutrões e protões (conhecidos coletivamente como núcleos ) têm dimensões no fim-de comparáveis 2,5 × 10 -15  m -embora a 'superfície' de estas partículas não é bem definida. O nêutron foi descoberto em 1932 pelo físico Inglês James Chadwick .

No Modelo Padrão da física, os elétrons são verdadeiramente partículas elementares sem estrutura interna. No entanto, ambos os protões e os neutrões são partículas compostas compostas de partículas elementares chamadas quark . Existem dois tipos de quark em átomos, tendo cada um uma carga eléctrica fraccionada. Os protões são compostos de dois até quark (cada um com carga + 2 / 3 ) e um para baixo quark (com uma taxa de - 1 / 3 ). Nêutrons composto por um quark up e dois para baixo quarks. Esta distinção é responsável pela diferença na massa e a carga entre as duas partículas.

Os quarks são mantidos juntos pela interacção forte (ou forte), que é mediada por glúons . Os protões e neutrões, por sua vez, são mantidos uns aos outros no núcleo pela força nuclear , que é um resíduo da força forte que tem um pouco diferentes gama-properties (ver o artigo sobre a força nuclear para mais). O gluão é um membro da família de bosões calibre , que são partículas elementares que medeiam a forças físicas.

Núcleo

A energia de ligação necessário para uma nucleão para escapar do núcleo, para vários isótopos

Todos os prótons e nêutrons encadernados em um átomo de tornar-se um pequeno núcleo atômico , e são chamados coletivamente nucleons . O raio de um núcleo é aproximadamente igual a 1,07  3Um  fm , onde A é o número total de núcleos. Este é muito mais pequeno do que o raio do átomo, o qual é da ordem de 10 5  fm. Os núcleos são unidos por um potencial curto alcance atraente chamada de força forte residual . A distâncias menores do que 2,5 fm esta força é muito mais potente do que a força electrostática que faz com que carregada positivamente protões para repelir um ao outro.

Átomos do mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, chamado de número atômico . Dentro de um único elemento, o número de neutrões podem variar, a determinação do isótopo do mesmo elemento. O número total de protões e neutrões determinar o nuclido . O número de neutrões em relação aos protões determina a estabilidade do núcleo, com isótopos de certos submetidos decaimento radioactivo .

O protão, o electrão, e a neutrões são classificados como fermiones . Férmions obedecem ao princípio de exclusão de Pauli , que proíbe idênticos férmions, como vários prótons, de ocupar o mesmo estado quântico, ao mesmo tempo. Assim, todos os protões no núcleo deve ocupar um estado quântico diferente de todos os outros prots, e o mesmo se aplica a todos os neutrões do núcleo e para todos os electrões da nuvem de electrões.

Um núcleo que tem um número diferente de protões do que os neutrões podem potencialmente cair para um estado de energia mais baixo através de um decaimento radioactivo que faz com que o número de protões e neutrões para mais se aproximam. Como resultado, átomos com números de protões e neutrões correspondentes são mais estáveis ​​contra a cárie. No entanto, com o aumento do número atómico, a repulsão mútua dos protões requer uma proporção crescente de neutrões para manter a estabilidade do núcleo, o que modifica ligeiramente esta tendência de números iguais de protões para neutrões.

Ilustração de um processo de fusão nuclear que forma um núcleo de deutério, que consiste de um protão e um neutrão, a partir de dois protões. Um positrões (E + ) -an antimatéria de electrões é emitido juntamente com um electrão neutrino .

O número de protões e neutrões no núcleo atómico pode ser modificado, embora esta pode exigir energias muito elevadas por causa da grande força. A fusão nuclear ocorre quando múltiplas partículas atómicas juntar-se para formar um núcleo mais pesado, tal como através da colisão energético de dois núcleos. Por exemplo, no núcleo dos protões Sun requerem energias de 3-10 keV para superar a sua repulsão mútua-a barreira de Coulomb -e fundem-se em um único núcleo. Fissão nuclear é o processo oposto, fazendo com que um núcleo para dividir em dois núcleos-geralmente menores através de decaimento radioactivo. O núcleo também pode ser modificado através de bombardeamento de partículas ou fotões subatómicas alta energia. Se esta modifica o número de protões em um núcleo, o átomo muda para um elemento químico diferente.

Se a massa do núcleo na sequência de uma reacção de fusão é menos do que a soma das massas das partículas separadas, então a diferença entre estes dois valores podem ser emitida como um tipo de energia utilizável (tal como um raio gama , ou a energia cinética de uma partícula beta ), como descrito por Albert Einstein de massa-energia equivalência fórmula, e  =  mc 2 , onde m é a perda de massa e c é a velocidade da luz . Este défice é parte da energia de ligação do novo núcleo, e que é a perda não-recuperável de energia o que faz com que as partículas fundidas permaneçam juntos em um estado que requer esta energia de separar.

A fusão dos dois núcleos que criam núcleos maiores, com números atómicos mais baixos do que ferro e níquel número total de nucleão -a de cerca de 60 é geralmente um processo exotérmico que liberta mais energia do que a necessária para trazer-los juntos. É este processo de liberação de energia que faz a fusão nuclear em estrelas uma reação auto-sustentável. Para núcleos mais pesados, a energia de ligação por nucleão no núcleo começa a diminuir. Isso significa que os processos de fus que produzem núcleos que têm os números atómicos mais elevada do que cerca de 26, e massas atómicas superiores a cerca de 60, é um processo endotérmico . Estes núcleos de maior massa não pode sofrer uma reacção de fusão de produção de energia que pode sustentar o equilíbrio hidrostático de uma estrela.

Nuvem de elétrons

Um poço de potencial, que mostra, de acordo com a mecânica clássica , a energia mínima V ( x ) necessário para alcançar cada posição x . Classicamente, uma partícula com energia E é restringida a uma gama de posições entre x 1 e x 2 .

Os electrões num átomo são atraídos para os protões do núcleo pela força electromagnética . Esta força liga os electrões dentro de um electrostática poço de potencial em torno do núcleo mais pequeno, o que significa que uma fonte externa de energia é necessária para o electrão para escapar. Quanto mais perto um electrão é para o núcleo, maior é a força de atracção. Daí elétrons ligados perto do centro do poço de potencial requerem mais energia para escapar do que aqueles em maiores separações.

Electrões, como outras partículas, têm propriedades de ambos uma partícula e uma onda . A nuvem de electrões é uma região no interior do poço de potencial, onde cada electrão forma um tipo de tridimensional permanente onda forma de onda -a que não se move em relação ao núcleo. Este comportamento é definido por uma orbital atómica , uma função matemática que caracteriza a probabilidade de que um electrão parece ser a uma localização particular, quando a sua posição é medida. Apenas um discreto (ou quantificado conjunto) destes orbitais existir em torno do núcleo, como outros padrões possível onda decair rapidamente para uma forma mais estável. Orbitais pode ter uma ou mais estruturas de anel ou nó, e diferem uns dos outros em tamanho, forma e orientação.

Funções de onda dos primeiros cinco orbitais atómicas. Os três 2p orbitais cada exibir uma única angular que tem uma orientação e um mínimo no centro.
Como átomos são construídos a partir orbitais de electrões e ligação para a tabela periódica.

Cada atómicas corresponde orbital para um determinado nível de energia do electrão. O elétron pode mudar o seu estado para um maior nível de energia, absorvendo um fóton com energia suficiente para impulsioná-lo para o novo estado quântico. Do mesmo modo, através de emissão espontânea , um electrão num estado de maior energia pode cair para um estado de energia mais baixo, enquanto que irradia o excesso de energia de um fotão. Estes valores de energia característicos, definidos pelas diferenças nas energias dos estados quânticos, são responsáveis por linhas espectrais atômicas .

A quantidade de energia necessária para remover ou adicionar um-elétron energia de ligação do elétron -é muito menos do que a energia de ligação dos núcleos . Por exemplo, ele requer apenas 13,6 eV para retirar um estado fundamental de electrões a partir de um átomo de hidrogénio, em comparação 2,23  milhões de eV para dividir um deutério núcleo. Os átomos são eletricamente neutros, se eles têm um número igual de prótons e elétrons. Átomos que têm tanto um déficit ou superávit de elétrons são chamados de íons . Electrões que estão mais distantes do núcleo podem ser transferidos para outros átomos próximos ou partilhada entre átomos. Por este mecanismo, os átomos são capazes de se ligar a moléculas e outros tipos de compostos químicos como iónicas e covalentes de rede cristais .

propriedades

Propriedades nucleares

Por definição, quaisquer dois átomos com um número idêntico de protões em seus núcleos pertencem ao mesmo elemento químico . Átomos com igual número de protões, mas um número diferente de neutrões são diferentes isótopos do mesmo elemento. Por exemplo, todos os átomos de hidrogénio admitir exactamente um protão, mas existem isótopos sem neutrões ( hidrogénio-1 , de longe a forma mais comum, também chamado prótio), um neutrão ( deutério ), dois neutrões ( trítio ) e mais do que dois neutrões . Os elementos conhecidos formar um conjunto de números atómicos, a partir do único elemento de protões de hidrogénio até o elemento 118 de protões oganesson . Todos os isótopos conhecidas de elementos com números atómicos superiores a 82 são radioactivos, embora a radioactividade do elemento 83 ( bismuto ) é tão pequena quanto seja praticamente desprezável.

Cerca de 339 nuclídeos ocorrem naturalmente na Terra , dos quais 254 (cerca de 75%) não foram observadas à deterioração, e são referidos como " isótopos estáveis ". No entanto, apenas 90 desses nuclídeos são estáveis a todos decadência, mesmo em teoria . Outra 164 (elevando o total para 254) não foram observados para a decadência, apesar de, em teoria, é energeticamente possível. Estes também são classificados oficialmente como "estável". Um adicional de 34 nuclides radioativos têm meia-vida mais longa do que 80 milhões de anos, e são de longa duração suficiente para estar presente desde o nascimento do sistema solar . Esta colecção de 288 nuclídeos são conhecidos como nuclidos primordiais . Finalmente, um adicional de 51 nuclides de vida curta são conhecidos por ocorrer naturalmente, como produtos de filha de decadência nuclide primordial (como o rádio do urânio ), ou então como produtos de processos energéticos naturais na Terra, tais como bombardeamento de raios cósmicos (por exemplo, carbono-14).

Para 80 dos elementos químicos, pelo menos um isótopo estável existe. Como regra, existe apenas um pequeno número de isótopos estáveis para cada um desses elementos, sendo a média de 3,2 isótopos estáveis por elemento. Vinte e seis elementos têm apenas um único isótopo estável, enquanto que o maior número de isótopos estáveis observados para qualquer elemento é de dez, para o elemento de estanho . Os elementos 43 , 61 , e todos os elementos numerados de 83 ou superior não tem isótopos estáveis.

Estabilidade de isótopos é afectada pela proporção de protões de neutrões, e também pela presença de certos números "mágicas" de neutrões ou protões que representam fechados e cheios escudos quântica. Estes escudos quânticos correspondem a um conjunto de níveis de energia dentro do modelo shell do núcleo; conchas cheias, tais como o reservatório cheio de 50 protões para estanho, confere estabilidade invulgar sobre o nuclido. Dos 254 nuclídeos estáveis conhecidas, apenas quatro têm ambos um número ímpar de protões e número ímpar de neutrões: hidrogénio-2 ( deutério ), lítio-6 , boro-10 e azoto-14 . Além disso, apenas quatro de ocorrência natural, radioactivas nuclídeos estranho-ímpares têm uma semi-vida de mais de um bilhão de anos: potássio-40 , vanádio-50 , o lantânio-138 e tântalo-180m . A maioria dos núcleos ímpar-ímpar são altamente instáveis em relação ao decaimento beta , porque os produtos de decaimento são mesmo-mesmo, e são, portanto, mais fortemente ligado, devido a efeitos de emparelhamento nucleares .

Massa

A grande maioria da massa de um átomo vem dos prótons e nêutrons que o compõem. O número total de estas partículas (chamado "núcleos") em um dado átomo é chamado o número de massa . É um número inteiro positivo e sem dimensão (em vez de ter dimensão de massa), porque expressa uma contagem. Um exemplo de uso de um nero de massa é "carbono-12", que tem 12 núcleos (seis protões e seis neutrões).

O real massa de um átomo em repouso é frequentemente expressa usando a unidade unificada massa atômica (u), também chamado de dalton (Da). Esta unidade é definida como 1/12 da massa de um átomo neutro livre de carbono-12 , que é de aproximadamente 1,66 x 10 -27  kg . Hidrogénio-1 (o mais leve de isótopos de hidrogénio, que também é o nuclídeo com a menor massa) tem um peso atómico de 1,007825 u. O valor deste número é chamado de massa atômica . Um átomo dada tem uma massa atica aproximadamente igual (dentro de 1%) para os tempos número de massa da unidade de massa atómica (por exemplo, a massa de um azoto-14 é de aproximadamente 14 u). No entanto, este número não será exactamente um número inteiro, excepto no caso de carbono-12 (ver abaixo). A mais pesada átomo estável é de chumbo-208, com uma massa de 207,976 6521  u .

Como até mesmo os átomos mais massivas são demasiado luz para trabalhar com diretamente, os químicos em vez usar a unidade de moles . Uma mole de átomos de qualquer elemento sempre tem o mesmo número de átomos (cerca de 6,022 x 10 23 ). Este número foi escolhido de modo que se um elemento tem uma massa atómica de 1 u, mole de um átomos de elemento que tem uma massa perto de um grama. Devido à definição da unidade de massa atómica , cada carbono-12 átomo tem uma massa atómica de exactamente 12 u, e assim por um mole de carbono-12 átomos de pesa exactamente 0,012 kg.

Forma e tamanho

Átomos falta um limite exterior bem definida, de modo que as suas dimensões são geralmente descritos em termos de um raio atómico . Esta é uma medida da distância para fora para que a nuvem de electrões se estende a partir do núcleo. No entanto, isso pressupõe que o átomo de expor uma forma esférica, o que só é obedecida por átomos no vácuo ou espaço livre. Raios atómicos podem ser derivadas das distâncias entre os dois núcleos, quando os dois átomos são unidas numa ligação química . O raio varia com a localização de um átomo no gráfico atómica, o tipo de ligação química, o número de átomos vizinhos ( número de coordenação ) e uma mecânica quântica propriedade conhecida como centrifugação . Na tabela periódica dos elementos, o tamanho átomo tende a aumentar quando se deslocam para baixo colunas, mas diminuem quando se deslocam entre as linhas (esquerda para a direita). Consequentemente, o menor átomo é hélio com um raio de 32  pm , enquanto que um dos maiores é césio a 225 pm.

Quando sujeito a forças externas, como campos eléctricos , a forma de um átomo pode desviar-se de simetria esférica . A deformação depende da magnitude de campo e o tipo de orbital dos electrões casca exterior, tal como mostrado por grupo-teórico considerações. Desvios asféricas pode ser provocada, por exemplo, na forma de cristais , em que grandes áreas cristalinas eléctrica podem ocorrer em baixo-simetria de rede cristalina. Significativas elipsoidais deformações foram mostrados para ocorrer para os iões de enxofre e calcogeno iões em pirite compostos -tipo.

Dimensões atómicas são milhares de vezes menor do que os comprimentos de onda de luz (400-700  nm ), de modo que eles não podem ser visualizadas utilizando um microscópio óptico . No entanto, átomos individuais podem ser observadas utilizando um microscópio de varrimento de encapsulamento . Para visualizar a pequenez do átomo, considerar que um cabelo humano típico é de cerca de 1 milhão de átomos de carbono em largura. Uma única gota de água contém cerca de 2  sextillion ( 2 × 10 21 ) átomos de oxigénio, e o dobro do número de átomos de hidrogénio. Um único quilates diamante com uma massa de 2 × 10 -4  kg contém cerca de 10 sextillion (10 22 ) átomos de carbono . Se uma maçã foram ampliadas para o tamanho da Terra, então os átomos na maçã seria aproximadamente o tamanho do original da Apple.

Decaimento radioativo

Este diagrama mostra a meia-vida (t meia ) de vários isótopos com protões e neutrões Z N.

Cada elemento tem um ou mais isótopos instáveis ​​que têm núcleos que estão sujeitas a decaimento radioactivo, fazendo com que o núcleo de emitem partículas ou radiação electromagnética. A radioactividade pode ocorrer quando o raio de um núcleo é grande em comparação com o raio da força forte, que só actua ao longo de distâncias da ordem de 1 fm.

As formas mais comuns de decaimento radioactivo são:

  • Alfa decaimento : este processo é causado quando o núcleo emite uma partícula alfa, que é um núcleo de hélio que consiste em dois prots e dois neutrões. O resultado da emissão é um novo elemento com um menor número atômico .
  • O decaimento beta (e captura de electrões ): estes processos são regulados pela força fraca , e o resultado de uma transformação de um neutrão num protão, ou um protão para um neutrão. O neutrões a transição de protões é acompanhada pela emissão de um electrão e um antineutrino , enquanto protão a transição de neutrões (excepto na captura de electrões) faz com que a emissão de um positrão e um neutrino . As emissões de electrões ou positrões são chamados de partículas beta. Decaimento beta aumenta ou diminui o número atómico do núcleo por um. Captura eletrônica é mais comum do que a emissão de positrões, porque requer menos energia. Neste tipo de decaimento, um electrão é absorvido pelo núcleo, em vez de um positrão emitida a partir do núcleo. Um neutrino ainda é emitida neste processo, e um protão muda para um neutrão.
  • Gama decaimento : este processo resulta de uma alteração no nível de energia do núcleo para um estado mais baixo, resultando na emissão de radiação electromagnética. O estado animado de um núcleo que resulta na emissão gama usualmente ocorre após a emissão de um alfa ou uma partícula beta. Assim, deterioração gama geralmente segue alfa ou beta deterioração.

Outros tipos mais raros de decaimento radioactivo incluem ejecção de neutrões ou protões ou grupos de núcleos a partir de um núcleo, ou mais do que uma partícula beta . Um análogo de emissão gama, que permite que os núcleos excitados a perder a energia de uma maneira diferente, é a conversão interna processo -a que produz electrões de alta velocidade que não são raios beta, seguido de produção de fotões de alta energia que não são raios gama. Alguns núcleos grandes explodir em dois ou mais fragmentos carregadas de massas diferentes, além de várias neutrões, em um decaimento espontâneo chamado fissão nuclear .

Cada um isótopo radioactivo tem um período de tempo de decaimento característico a meia-vida , isto é determinado pela quantidade de tempo necessário para metade de uma amostra de decaimento. Este é um decaimento exponencial processo que diminui de forma constante a proporção das restantes isótopo por 50% a cada meia-vida. Por isso, depois de duas semi-vidas passaram apenas 25% do isótopo está presente, e assim por diante.

Momento magnético

As partículas elementares possuem uma propriedade mecânica quântica intrínseca conhecido como centrifugação . Isto é análogo ao momento angular de um objecto que está a girar em torno do seu centro de massa , ainda que estritamente falando estes partículas são acreditados para ser o ponto semelhante e não pode ser dito para ser rotativa. Rotação é medida em unidades da reduzida constante de Planck (h), com os electrões, protões e neutrões tendo todos spin ½ H, ou "spin-½". Em um átomo, os electrões em movimento ao redor do núcleo possuir orbital momento angular para além da sua rotação, enquanto que o próprio núcleo possui momento angular, devido à sua spin nuclear.

O campo magnético produzido por um átomo-o seu momento magnético -é determinado por estas várias formas de momento angular, tal como um objecto carregado rotativo classicamente produz um campo magnético. No entanto, a contribuição mais dominante vem do spin do elétron. Devido à natureza de electrões para obedecer o princípio de exclusão de Pauli , em que há dois electrões pode ser encontrado no mesmo estado quântico , ligado electrões emparelhar-se uns com os outros, com um membro de cada par em um estado de spin para cima e a outra em o oposto, girar estado. Assim, estas rotações anulam-se mutuamente, reduzindo o momento de dipolo magnético total a zero em alguns átomos com número par de electrões.

Em ferromagnéticos elementos, tais como ferro, cobalto e níquel, um número ímpar de electrões leva a um electrão não emparelhado e um momento magnético global líquida. Os orbitais de átomos vizinhos se sobrepõem e um estado de energia mais baixo é conseguida quando os spins dos electrões desemparelhados são alinhados uns com os outros, um processo espontâneo conhecida como uma interacção de troca . Quando os momentos magnéticos dos átomos ferromagnéticos são alinhadas, o material pode produzir um campo macroscópico mensurável. Materiais paramagnéticos têm átomos com momentos magnéticos que se alinham em direcções aleatórias quando nenhum campo magnético está presente, mas os momentos magnéticos dos átomos individuais alinhar-se na presença de um campo.

O núcleo de um átomo não terá qualquer rotação quando se tem mesmo números de ambos os neutrões e protões, mas para outros casos de números ímpares, o núcleo pode ter uma rotação. Normalmente núcleos com spin estão alinhados em direcções aleatórias por causa do equilíbrio térmico . No entanto, para certos elementos (tais como xénon-129 ), é possível para polarizar uma proporção significativa dos estados de spin nuclear de modo a que eles estão alinhados na mesma direcção, uma condição chamada de hiperpolarização . Isto tem importantes aplicações em imagens de ressonância magnética .

Níveis de energia

Estes níveis de energia de electrões (não à escala) são suficientes para estados fundamentais de átomos de até cádmio (5s 2 4d 10 ), inclusive. Não se esqueça que até o topo do diagrama é menor do que um estado de elétrons não ligado.

A energia potencial de um electrão em um átomo é negativo , a sua dependência da sua posição atinge o mínimo (o mais valor absoluto ) no interior do núcleo, e desaparece quando a distância a partir do núcleo tende para o infinito , mais ou menos em uma proporção inversa à distância . No modelo de mecânica quântica, um electrão limite só pode ocupar um conjunto de estados centrados sobre o núcleo, e cada estado corresponde a um determinado nível de energia ; veja equação de Schrödinger independente do tempo para explicação teórica. Um nível de energia pode ser medida pela quantidade de energia necessária para desassociar o electrões do átomo, e é geralmente dada em unidades de eletronvolts (eV). O estado de energia mais baixo de um electrão ligado é chamado o estado fundamental, ou seja, estado estacionário , ao passo que uma transição de electrões para um resultado de nível superior em um estado animado. A energia de electrões aumenta quando n aumenta porque a (média) distância para o núcleo aumenta. Dependência da energia em não é causado pela potencial electrostático do núcleo, mas por interacção entre electrões.

Para um elétron para a transição entre dois estados diferentes , por exemplo, estado de primeiro nível animado (aterrada ionização ), deve absorver ou emitir um fóton a uma energia correspondente a diferença na energia potencial desses níveis, de acordo com Niels Bohr modelo, o que pode ser precisamente calculada pela equação de Schrödinger . Elétrons saltam entre orbitais em uma forma de partículas semelhantes. Por exemplo, se um único fotão atinge os electrões, apenas um único electrão muda de estado em resposta ao fotões; veja propriedades Electron .

A energia de um fotão emitido é proporcional à sua frequência , de forma que estes níveis de energia específicos aparecem como bandas distintas no espectro electromagnético . Cada elemento tem um espectro característico que pode depender da carga nuclear, subcamadas preenchido por electrões, as interacções electromagnéticos entre os electrões e outros factores.

Um exemplo de linhas de absorção de um espectro

Quando um contínuo espectro de energia é passado através de um gás ou de plasma, alguns dos fotões são absorvidos por átomos, causando electrões para alterar o seu nível de energia. Esses elétrons excitados que permanecem ligados ao seu átomo emitem espontaneamente esta energia como um fóton, viajando em uma direção aleatória, e assim cair de volta para níveis de energia mais baixos. Assim, os átomos de se comportar como um filtro que forma uma série de escuras bandas de absorção na produção de energia. (Um observador vendo os átomos de vista que não inclui o espectro contínuo no fundo, em vez disso vê uma série de linhas de emissão de fotões emitidos pelos átomos.) Espectroscópicos medições da força e largura de linhas espectrais atómicas permitir que a composição e propriedades físicas de uma substância a ser determinada.

Um exame mais aprofundado das linhas espectrais revela que alguns exibir uma estrutura fina divisão. Isto ocorre por causa de acoplamento spin-órbita , que é uma interacção entre a rotação e movimento do electrão mais exterior. Quando um átomo é de um campo magnético externo, as linhas espectrais tornar-se dividido em três ou mais componentes; um fenômeno chamado de efeito Zeeman . Isto é causado pela interacção do campo magnético com o momento magnético do átomo e os seus electrões. Alguns átomos pode ter várias configurações de electrões com o mesmo nível de energia, os quais, portanto, aparecem como uma única linha espectral. A interacção do campo magnético com o átomo desloca estas configurações de electrões para ligeiramente diferentes níveis de energia, resultando em várias linhas espectrais. A presença de um externo campo eléctrico pode causar uma separação comparável e deslocamento de linhas espectrais, modificando os níveis de energia de electrões, um fenómeno chamado de efeito de Stark .

Se um elétron ligado está em um estado animado, um fóton interagindo com a energia adequada pode causar emissão estimulada de um fóton com um nível de energia correspondente. Para que isto ocorra, o electrão deve cair para um estado mais baixo de energia, que tem uma diferença de energia correspondente à energia do fotão que interagem. O fotões emitidos e o fotão interagindo em seguida se mover para fora em paralelo e com fases correspondentes. Isto é, os padrões de onda dos dois fótons são sincronizados. Esta propriedade física é utilizado para fazer os lasers , que podem emitir um feixe coerente de luz de energia em uma banda de frequência estreita.

Valência e comportamento de aderência

Valência é o poder de combinação de um elemento. É igual ao número de átomos de hidrogénio que podem ser combinados ou átomo deslocam na formação de compostos. O invólucro exterior de electrões de um átomo no seu estado não combinada é conhecido como a camada de valência , e os electrões que são chamados concha valência electrões . O número de electrões de valência determina a colagem comportamento com outros átomos. Átomos tendem a reagir quimicamente um com o outro de uma maneira que preenche (ou esvazia) suas conchas exteriores de valência. Por exemplo, uma transferência de um único electrão entre átomos é uma aproximação útil para ligações que se formam entre os átomos com um electrão mais do que um reservatório cheio, e outras que são de um electrão curto de um escudo integral, tal como ocorre no composto cloreto de sódio e outros sais iónicos químicos. No entanto, muitos elementos de exibir várias valências, ou tendências para compartilhar número de electrões em diferentes compostos diferentes. Assim, a ligação química entre estes elementos assume muitas formas de partilha de electrões, que são mais do que as transferências de electrões simples. Exemplos incluem o elemento de carbono e os compostos orgânicos .

Os elementos químicos são muitas vezes apresentados numa tabela periódica que é disposta para exibir propriedades químicas recorrentes, e elementos com o mesmo número de electrões de valência formar um grupo que é alinhado na mesma coluna da tabela. (As linhas horizontais corresponder ao enchimento de uma concha quântico de electrões.) Os elementos na extremidade direita da tabela têm o seu invólucro exterior completamente preenchido com electrões, o que resulta em elementos quimicamente inertes conhecidos como os gases nobres .

Unidos

Gráfico que ilustra a formação de um condensado de Bose-Einstein

Quantidades de átomos encontram-se em diferentes estados de matéria que dependem das condições físicas, tais como a temperatura e pressão . Variando as condições, os materiais podem transição entre sólidos , líquidos , gases e plasmas . Dentro de um estado, um material também pode existir em diferentes allotropes . Um exemplo disto é o carbono sólido, o qual pode existir na forma de grafite ou diamante . Existem também formas alotrópicas gasosos, tais como o dioxigénio e ozono .

A temperaturas próximas de zero absoluto , os átomos podem formar um condensado de Bose-Einstein , em cujo ponto quântico efeitos mecânicos, que são normalmente observados apenas na escala atómica, se tornar aparente em uma escala macroscópica. Esta recolha arrefecida super de átomos, em seguida, se comporta como um único átomo de super , o que pode permitir o controlo fundamentais do comportamento de mecânica quântica.

Identificação

Microscópio de varrimento de encapsulamento imagem mostrando os átomos individuais que compõem este ouro ( 100 ) da superfície. Os átomos da superfície desviar a maior parte da estrutura cristalina e organizar em colunas vários átomos de largura, com poços de entre eles (Ver reconstrução da superfície ).

O microscópio de tunelamento é um dispositivo para a visualização de superfícies no nível atômico. Ele utiliza o encapsulamento quântico fenómeno, o qual permite que as partículas passam através de uma barreira que, normalmente, seria insuperável. Electrões túnel através do vácuo entre dois eléctrodos de metal planares, em cada um dos quais é um adsorvida átomo, proporcionando uma densidade de encapsulamento de corrente que pode ser medida. Digitalizar um átomo (tomado como a ponta) que se move passando pela outra (a amostra) permite traçado do deslocamento da ponta contra a separação lateral para uma corrente constante. O cálculo mostra a extensão em que as imagens de varrimento-encapsulamento-microscópio de um átomo individual são visíveis. Isto confirma que, para baixo de polarização, as imagens de microscópio as dimensões média de espaço das orbitais de electrões entre os níveis de energia-o estreitamente empacotadas nível de Fermi densidade local de estados .

Um átomo pode ser ionizado , removendo um de seus elétrons. A carga eléctrica faz com que a trajectória de um átomo de dobrar quando ele passa através de um campo magnético . O raio através da qual a trajectória de um ião movendo é ligada pelo campo magnético é determinado pela massa do átomo. O espectrómetro de massa utiliza este princípio para medir o rácio de massa-carga de iões. Se uma amostra contiver vários isótopos, o espectrómetro de massa poderá determinar a proporção de cada isótopo na amostra, medindo a intensidade dos diversos feixes de iões. Técnicas para vaporizar átomos incluem plasma indutivamente acoplado a espectroscopia de emissão atómica e espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado , ambos os quais utilizam um plasma para vaporizar amostras para análise.

Um método mais área selectivo é de electrões espectroscopia de perda de energia , que mede a perda de energia de um feixe de electrões dentro de um microscópio electrónico de transmissão , quando ele interage com uma porção de uma amostra. O tomógrafo átomo-sonda tem resolução sub-nanométrica em 3-D e pode identificar quimicamente átomos individuais, utilizando espectrometria de massa de tempo-de-voo.

Espectros de estados excitados podem ser usados para analisar a composição atômica de distantes estrelas . Luz específicos comprimentos de onda contidos na luz observada a partir de estrelas podem ser separados para fora e relacionadas com as transições quantificados em átomos de gás livres. Estas cores podem ser replicadas usando uma lâmpada de descarga de gás que contém o mesmo elemento. Hélio foi descoberto desta forma no espectro do Sol 23 anos antes de ter sido encontrado na Terra.

Origem e estado atual

Átomos formam cerca de 4% da densidade de energia total do universo observável , com uma densidade média de cerca de 0,25 átomos / m 3 . Dentro de um Galaxy tais como a maneira leitosa , átomos têm uma concentração muito mais alta, com a densidade de matéria no meio interestelar (ISM) variando de 10 5 a 10 9 átomos / m 3 . O dom acredita-se estar dentro da bolha local , uma região de gás altamente ionizado, de modo que a densidade na vizinhança solar é de apenas cerca de 10 3 átomos / m 3 . Estrelas se formam a partir de nuvens densas no ISM, e os processos evolutivos de estrelas resultar no enriquecimento constante do ISM com elementos mais maciças do que hidrogênio e hélio. Até 95% dos átomos da maneira leitosa estão concentrados no interior das estrelas e a massa total de átomos de forma cerca de 10% da massa do Galaxy. (O restante da massa é um desconhecido matéria escura .)

Formação

Elétrons são pensadas para existir no Universo, desde as fases iniciais do Big Bang . Formas núcleos atómicos em nucleossíntese reacções. Em cerca de três minutos big bang nucleosíntese produzido mais do hélio , lítio , e deutério no universo, e talvez algumas das berílio e boro .

Ubiquitousness e estabilidade de átomos depende de sua energia de ligação , o que significa que um átomo tem uma energia mais baixa do que um sistema não ligado do núcleo e electrões. Onde a temperatura é muito mais elevado do que o potencial de ionização , a matéria existe sob a forma de plasma de gás -a de iões carregados positivamente (possivelmente, núcleos bare) e electrões. Quando a temperatura cai abaixo do potencial de ionização, átomos de tornar-se estatisticamente favorável. Átomos (completos com elétrons ligados) tornou-se a dominar cobrado partículas 380.000 anos após o Big Bang-uma época chamado recombinação , quando o Universo em expansão esfriado o suficiente para permitir que os elétrons se apegam a núcleos.

Uma vez que o Big Bang, que não produziu de carbono ou elementos mais pesados , núcleos atómicos foram combinados em estrelas através do processo de fusão nuclear para produzir mais do elemento de hélio , e (por meio do processo de alfa tripla ) a sequência de elementos de carbono até ferro ; ver nucleossíntese estelar para mais detalhes.

Isótopos como o lítio-6, bem como alguns berílio e boro são gerados no espaço por meio de fragmentação e desprendimento de raios cósmicos . Isto ocorre quando um protão de alta energia atinge um núcleo atómico, causando um grande número de núcleos a ser ejectado.

Elementos mais pesados do que o ferro foram produzidos em supernovas através do processo-r e em AGB estrelas através da s-processo , ambas as quais envolvem a captura de neutrões por núcleos atómicos. Elementos tais como chumbo formado, em grande parte através do decaimento radioactivo de elementos mais pesados.

Terra

A maioria dos átomos que formam a Terra e seus habitantes estavam presentes na sua forma actual no nebulosa que entrou em colapso para fora de uma nuvem molecular para formar o sistema solar . O resto são o resultado de decaimento radioativo, e sua proporção relativa pode ser usada para determinar a idade da Terra através de datação radiométrica . A maior parte do hélio na crosta terrestre (cerca de 99% de hélio a partir de poços de gás, como se mostra pela sua baixa abundância de hélio-3 ) é um produto de decaimento alfa .

Existem alguns átomos de rastreio na Terra que não estavam presentes no início (isto é, não "primordial"), nem são resultados de decaimento radioactivo. Carbono-14 é continuamente gerado por raios cósmicos na atmosfera. Alguns átomos na Terra foram gerados artificialmente deliberadamente ou como subprodutos de reatores nucleares ou explosões. Dos elementos transurânicos -Aqueles com números atômicos maiores que 92 só de plutônio e neptunium ocorrem naturalmente na Terra. Elementos transurânicos ter vidas mais curtas do que radioactivas a idade actual da terra e, assim, quantidades identificáveis destes elementos já há muito deterioradas, com a excepção de vestígios de plutónio-244 , eventualmente depositados por poeira cósmica. Depósitos naturais de plutónio e neptúnio são produzidos por captura de nêutrons em minério de urânio.

A terra contém cerca de 1,33 x 10 50 átomos. Apesar de um pequeno número de átomos independentes de gases nobres existem, tais como de árgon , néon , e hélio , 99% da atmosfera está ligado sob a forma de moléculas, incluindo dióxido de carbono e diatómico oxigénio e azoto . Na superfície da Terra, a esmagadora maioria dos átomos de combinar para formar vários compostos, incluindo a água , sal , silicatos e óxidos . Átomos também podem se combinar para criar materiais que não consistem em molulas discretas, incluindo cristais e líquidos ou sólidos metais . Esta matéria atómica forma arranjos de rede que não possuem o tipo particular de pequena escala interrompido ordem associada com a matéria molecular.

formas raras e teóricas

elementos superpesados

Enquanto isótopos com números atómicos mais elevadas do que de chumbo (82) são conhecidas por serem radioactivos, uma " ilha de estabilidade " tem sido proposto por alguns elementos com os números atómicos acima de 103. Estes elementos superpesados podem ter um núcleo que é relativamente estável contra o decaimento radioactivo. O candidato mais provável para um átomo de superheavy estável, unbihexium , tem 126 protões e 184 neutrões.

matéria exótica

Cada partícula de matéria tem um correspondente antimatéria partícula com carga eléctrica oposta. Assim, o positrão é um carregado positivamente antielétron e o antiproton é um equivalente de carga negativa de um protão . Quando uma matéria e correspondente antimatéria partícula se encontram, eles aniquilar um ao outro. Devido a isso, juntamente com um desequilíbrio entre o número de partículas de matéria e anti-matéria, os últimos são raros no universo. As primeiras causas deste desequilíbrio ainda não são totalmente compreendidos, embora as teorias de bariogênese pode oferecer uma explicação. Como resultado, não há átomos de antimatéria foram descobertas na natureza. No entanto, em 1996, a contraparte antimatéria do átomo de hidrogénio ( antihydrogen ) foi sintetizado no CERN laboratório em Genebra .

Outros átomos exóticos foram criadas por substituição de um dos protões, neutrões ou electrões com outras partículas que têm a mesma carga. Por exemplo, um electrão pode ser substituído por um mais maciça de muões , formando um átomo de muonico . Estes tipos de átomos pode ser usado para testar as previsões fundamentais da física.

Veja também

Notas

Referências

Fontes

Outras leituras

links externos