Principais características das partículas fundamentaisMassaDeterminar a massa de um corpo significa comparar a massa deste corpo com outra tomada como padrão.A unidade de massa tomada como padrão é o grama (g). Mas nós muitas vezes utilizamos o Quilograma, que equivale a 1000 vezes a massa de 1 g. Um exemplo disso é quando se diz que a massa de uma pessoa é 45 vezes a massa correspondente à do quilograma.Ou ainda: 45 kg = 45 x 1000 g = 45 000 gComo as partículas que constituem o átomo são extremamente pequenas, uma unidade especial teve que ser criada para facilitar a determinação de suas massas. Essa unidade, denominada unidade de massa atômica, é representada pela letra u.1 u equivale a aproximadamente 1,66 · 10−27 kg (veja artigo Unidade de massa atômica).As massas do próton e do nêutron são praticamente iguais: medem cerca de 1 unidade de massa atômica. A massa do elétron é 1836 vezes menor que a do próton: essa massa é desprezível, porém é errado dizer que o elétron é desprovido dela.

Carga elétricaO elétron é uma partícula dotada de carga elétrica negativa. A sua carga, que foi determinada experimentalmente em 1908, equivale a uma unidade de carga elétrica (1 ue). A carga do próton é igual à do elétron, só que de sinal contrário. o próton tem carga eléctrica positiva. O nêutron não possui carga elétrica. Como seu nome indica, ele é neutro.

Interação atômicaSe tivermos dois átomos hipotéticos, cuja carga elétrica seja neutra, presume-se que estes não se afetarão mutuamente por causa da neutralidade da força electromagnética entre si.A distribuição de cargas no átomo se dá de forma diversa. A carga negativa é externa, a carga positiva é interna, isto ocorre por que os elétrons orbitam o núcleo. Quando aproximamos dois átomos, mesmo estando em perfeita neutralidade interna, estes se repelem, se desviam ou ricocheteiam.Exemplo típico ocorre no elemento hélio (He) onde seus átomos estão em eterno movimento de mútuo ricochete. Em temperatura ambiente, o gás hélio tem no movimento de seus átomos um rápido ricochete. Ao diminuir a temperatura, o movimento oscilatório diminui, o volume fica menor e a densidade aumenta. Chegaremos teoricamente num ponto em que o movimento de ricochete diminuirá tanto que não se poderá mais retirar energia deste. A este nível térmico, damos o nome de zero absoluto, este é –273,15 °C.

Força de Van der WaalsA carga eletrônica não se distribui de maneira uniforme, algumas partes da superfície atômica são menos negativas que outras. Em função disto, a carga positiva que se encontra no interior do átomo infiltrar-se-á pelas áreas menos negativas externas, por isso haverá uma débil atração eletrostática entre os dois átomos chamada de força de Van der Waals.Em baixíssima temperatura, os átomos de hélio movem-se muito lentamente, seu ricochete diminui a tal grau que é insuficiente para vencer as forças de Van der Waals, como o átomo de hélio é altamente simétrico, por este motivo as forças atuantes neste

elemento são muito fracas. A contração do hélio ocorre e este acaba por se liquefazer a 4,3 graus acima do zero absoluto.Nos demais gases presentes na natureza sua distribuição de cargas é menos simétrica que no hélio, as forças de Van der Waals são maiores ocasionando uma liquefação em temperaturas maiores.

Atração atômicaNas regiões externas dos átomos, a distribuição eletrônica se dá em camadas, sua estrutura apresenta a estabilidade máxima se estas estiverem completas. Com exceção do hélio e outros elementos com estabilidade e simetria semelhante, geralmente a camada mais exterior do átomo é incompleta, ou podem possuir excesso de elétrons. Em função disto pode haver a transferência de um ou dois elétrons do átomo em que estão em excesso, para o átomo em que estão em falta, deixando as camadas externas de ambos em equilíbrio.O átomo que recebe elétrons ganha carga negativa, e o que perdeu não equilibra totalmente sua carga nucléica, positiva. Ocorre então o aglutinamento atômico.Existe ainda o caso de dois átomos colidirem. Ocorrendo, há o compartilhamento eletrônico entre ambos que passam a ter suas camadas mais externas completas desde que permaneçam em contato.

Elementos químicos conhecidosÉ importante ter em mente que, átomo, é uma entidade elementar. O conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) é chamado de elemento químico. Desta forma, na Tabela Periódica dos Elementos, a idéia de entidade elementar é substituída pela idéia de "conjunto".Ex.: Ao procurar pelo Carbono na Tabela Periódica, você deve saber que está procurando pelo Elemento Carbono e não pelo átomo de Carbono.

A Tabela Periódica dos ElementosGrupo  

# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Períod

o1 1

H2

He2 3

Li4

Be5B

6C

7N

8O

9F

10Ne

3 11Na

12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

4 19K

20Ca

21Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Kr

5 37Rb

38Sr

39Y

40Zr

41Nb

42Mo

43Tc

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

6 55Cs

56Ba * 72

Hf73Ta

74W

75Re

76Os

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn

7 87Fr

88Ra ** 104

Rf105Db

106Sg

107

Bh108Hs

109Mt

110

Ds

111

Rg

112

Cp

113

Uut

114Uuq

115Uup

116Uuh

(117)

(Uus)

118Uuo

* Lantanídios 57La

58Ce

59Pr

60Nd

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68Er

69Tm

70Yb

71Lu

** Actinídios 89Ac

90Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

98Cf

99Es

100Fm

101Md

102No

103Lr

Séries químicas da tabela periódicaMetais alcalino

s2

Metais alcalino-terrosos2

Metais de transiçã

o2

Lantanídios1, 2

Actinídios1, 2

Metais representativo

sSemimetai

sNão-metai

sHalogênio

s3Gases

nobres3

1Actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como “metais-terrosos raros”. 2Metais alcalinos, metais alcalino-terrosos, metais de transição, actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como “metais”. 3Halogênios e gases nobres também são não-metais.

Estado físico do elemento nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) aqueles com o número atômico em preto são sólidos nas CNTP. aqueles com o número atômico em verde são líquidos nas CNTP; aqueles com o número atômico em vermelho são gases nas CNTP; aqueles com o número atômico em cinza têm estado físico desconhecido.

Ocorrência natural Borda sólida indica existência de isótopo mais antigo que a Terra (elemento

primordial). Borda tracejada indica que o elemento surge do decaimento de outros. Borda pontilhada indica que o elemento é produzido artificialmente (elemento

sintético). A cor mais clara indica elemento ainda não descoberto.

MoléculasUma vez partilhados eletronicamente os átomos podem possuir entre si uma ligação tão forte que para separá-los é necessária uma quantidade razoável de energia, portanto, permanecem juntos. Estas combinações são chamadas de moléculas, nome derivado do latim que significa pequeno objeto.Nem sempre dois átomos em contato são suficientes para ter estabilidade, havendo necessidade de uma combinação maior para tê-la.Para formar uma molécula de hidrogênio são necessários dois átomos deste elemento, uma molécula de oxigênio, necessita de dois átomos de oxigênio, e assim sucessivamente.Para a formação de uma molécula de água são necessários dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio; metano, necessita de um átomo de carbono e quatro de hidrogênio; dióxido de carbono (bióxido), um carbono, e dois oxigênios e assim sucessivamente.

Existem casos de moléculas serem formadas por uma grande quantidade de átomos, são as chamadas macromoléculas. Isto ocorre principalmente com compostos de carbono, pois o átomo de carbono pode partilhar elétrons com até quatro elementos diferentes simultaneamente. Logo, pode ser possível a constituição de cadeias, anéis, e ligações entre estas moléculas longas, que são a base da chamada química orgânica.Essa é a base das moléculas que caracterizam o tecido vivo, ou seja, a base da vida. Quanto maior a molécula e menos uniforme a distribuição de sua carga elétrica, mais provável será a reunião de muitas moléculas e a formação de substâncias líquidas ou sólidas. Os sólidos são mantidos fortemente coesos pelas interações eletromagnéticas dos elétrons e prótons e entre átomos diferentes e entre moléculas diferentes.Em algumas ligações atômicas onde os elétrons podem ser transferidos formam-se os chamados cristais (substâncias iônicas). Nestes, os átomos podem estar ligados em muitos milhões, formando padrões de grande uniformidade. No átomo, sua interação nuclear diminui à medida em que aumenta a distância.

ElétronEstimativas teóricas da densidade do elétron para orbitais do átomo do hidrogênio.O elétron (português brasileiro) ou electrão (português europeu) (do grego ήλεκτρον, élektron, "âmbar"), geralmente representado como e-, é uma partícula subatômica que circunda o núcleo atômico, identificada em 1897 pelo inglês John Joseph Thomson. Subatómica e de carga negativa, é o responsável pela criação de campos magnéticos e eléctricos.No modelo padrão ele é um lépton, junto com o muon o tau e os respectivos neutrinos. O elétron foi proposto como partícula subatómica por J. J. Thomson em 1897. A carga do electrão é de -1,602 ×10-19 C, e a sua massa é de 9,109 ×10-31 kg, ou 511,0 keV/c². Normalmente, em física nuclear, a carga do electrão é definida como sendo uma unidade.É o número de electrões de um átomo que define a sua carga, sendo que um número de electrões igual ao número de protões origina uma partícula electricamente neutra. Nas escalas de distâncias dos átomos o comportamento da partícula é regido pela mecânica quântica, segundo a qual os electrões ficam "espalhados" pela maior parte do átomo, numa área denominada "nuvem electrónica". Por outro lado, o núcleo que comporta a carga positiva do átomo está localizado no centro deste.O elétron, além de interagir com outras partículas pela força electromagnética, também interage pela força nuclear fraca, onde normalmente vem acompanhado do seu neutrino associado. Sua antipartícula é o posítron, com a mesma massa, mas carga positiva.Considerações geraisOs protons apresentam uma carga elétrica muito pequena e seu movimento gera corrente elétrica. Visto que os elétrons das camadas mais externas de um átomo definem as atrações com outros átomos, estas partículas possuem um papel importante na química.

História e descobrimento do elétronA existência do elétron foi postulada por G. Johnstone Stoney como uma unidade de carga no campo da eletroquímica. O elétron foi descoberto por Thomson em 1897 no Laboratório Cavendish, da Universidade de Cambridge, enquanto estudava o comportamento dos raios catódicos. Influenciado pelo trabalho de Maxwell e o descobrimento dos raios X."O Tubo de Raios catódicos de J.J. Thomson". O tubo de raios catódicos é semelhante ao tubo de imagem de um aparelho de televisão. Partículas carregadas (hoje conhecidas como elétrons) são emitidas por um filamento aquecido em uma das extremidades de um tubo evacuado e aceleradas por uma diferença de potencial

elétrico (V). Depois de passarem por uma fenda em um anteparo, formam um feixe estreito. Em seguida, passam por uma região onde existem dois campos cruzados e atingem uma tela fluorescente, onde produzem um ponto luminoso (na televisão os pontos são parte da imagem). As Forças a que o elétron é submetido na região de campos cruzados podem desviá-lo do centro da tela. (como o sentido da deflexão depende do sinal da carga das partículas, thomson foi capaz de provar que as partículas responsáveis pelo ponto luminoso na tela tinham carga negativa). Thomson também afirmou que essas partículas estavam presentes em todas as formas de matéria e também eram mais de 1000 vezes mais leves que o átomo mais leve conhecido (hidrogênio).Ainda que Stoney haja proposto a existência do elétron, foi Thomson quem descobriu seu caráter de partícula fundamental. Para confirmar a existência do elétron, era necessário medir suas propriedades, em especial a sua carga elétrica. Este objetivo foi alcançado por Millikan, através da célebre experiência da gota de azeite, realizada em 1909.George Paget Thomson, filho de J.J. Thomson, demonstrou a natureza ondulatória do elétron, provando a dualidade onda-corpúsculo postulada pela mecânica quântica. Esta descoberta lhe valeu o Prémio Nobel de física de 1937.O spin do elétron foi observado pela primeira vez pela experiência de Stern-Gerlach. Sua carga elétrica pode ser medida diretamente através de um eletrômetro e a corrente gerada pelo seu movimento com um galvanômetro.

Os elétrons e a práticaClassificação dos elétronsO elétron é um tipo de partícula subatômica denominada lépton, acreditando-se que é uma das partículas fundamentais, isto é, que não pode ser dividida em constituintes menores.A palavra "partícula" não é totalmente correta, porque a mecânica quântica nos indica que os elétrons, em determinadas condições, se comportam como uma onda, fato que ocorre na experiência de dupla fenda. Esta propriedade é denominada dualidade onda-corpúsculo.Propriedades e comportamento dos elétronsO elétron tem uma carga elétrica negativa de −1.6 × 10−19 coulomb e uma massa de 9.10 × 10−31 kg (0.51 MeV/c²), que é aproximadamente 1/1836 da massa do próton.O elétron tem um spin 1/2, implicando que é um férmion, ou seja, que se pode aplicar-lhe a estatística Fermi-Dirac.Ainda que a maioria dos elétrons faça parte da constituição dos átomos, existem aqueles que se deslocam independentemente pela matéria ou aqueles que se deslocam juntos, formando um feixe de elétrons no vácuo. Em alguns supercondutores os elétrons se movem em pares.Quando os elétrons que não fazem parte da estrutura do átomo se locomovem e existe um fluxo deles numa determinada direcção, este fluxo é chamado de corrente eléctrica.A eletricidade estática não é um fluxo de elétrons. É mais correto denominá-la de "carga estática". Esta carga é causada por um corpo cujos átomos apresentam mais ou menos elétrons que o necessário para equilibrar as cargas positivas dos núcleos dos seus átomos. Quando existe um excesso de elétrons, diz-se que o corpo está carregado negativamente. Quando existem menos elétrons que prótons, o corpo está carregado positivamente. Se o número total de prótons e elétrons é equivalente, o corpo está num estado eletricamente neutro.Os elétrons e os posítrons podem aniquilar-se mutuamente, produzindo um fóton. De maneira inversa, um fóton de alta energia pode transformar-se em um elétron e um posítron.

O elétron é uma partícula elementar; isso significa que não apresenta uma subestrutura - pelo menos não foi comprovado até agora. Por isso, pode ser representado por um ponto, ou seja, sem extensão espacial. Entretanto, nas cercanias de um elétron, pode-se medir variações na sua massa e na sua carga elétrica. Este é um efeito comum a todas as partículas elementares: a partícula influi nas flutuações do vácuo que o cerca, de forma que as propriedades observadas de maior distância são a soma das propriedades da partícula mais as causadas pelo efeito do vácuo que a rodeia.Existe uma constante física chamada raio clássico do elétron, com um valor de 2.8179 × 10−15 metros. É preciso considerar que este é o raio que se pode aferir a partir da carga do elétron descrito sob o ponto de vista da eletrodinâmica clássica, não da mecânica quântica. Esta constante baseia-se num conceito desfasado, porém útil para alguns cálculos.Elétrons no UniversoAcredita-se que o número total de elétrons que caberiam no universo conhecido é da ordem de 10130.Elétrons na vida cotidianaA corrente elétrica que abastece com energia as nossas casas é proveniente de elétrons em movimento. O tubo de raios catódicos de um televisor se baseia num feixe de elétrons no vácuo que é desviado por campos magnéticos para atingir uma tela fosforescente. Os semicondutores são utilizados em dispositivos tais como os transístores.Elétrons na indústriaFeixes de elétrons são utilizados em solda.

Elétrons em laboratórioO microscópio eletrônico, que utiliza feixes de elétrons no lugar de fótons, permite ampliar até 500.000 vezes os objetos. Os efeitos quânticos do elétron são a base do microscópio de efeito túnel, que permite estudar a matéria em escala atómica.

Os elétrons e a teoriaNa mecânica quântica, o elétron é descrito pela equação de Fermi-Dirac. No modelo padrão da física das partículas, forma uma dupla com o neutrino, visto que ambos interagem de forma fraca. O elétron tem os padrões massivos adicionais múon e táon.O equivalente do elétron na antimatéria, sua antipartícula, é o pósitron, que tem a mesma quantidade de carga elétrica que o elétron, mas positiva. O spin e a massa são iguais no elétron e no pósitron. Quando um elétron e um pósitron colidem, acontece a aniquilação mútua, originando-se dois fótons de raios gama com uma energia de 0,500 Mev cada um.Os elétrons são um elemento chave no eletromagnetismo, uma teoria adequada desde um ponto de vista clássico, aplicável a sistemas macroscópicos.

Próton

O protão/próton é composto de dois quarks u e um quark d.Um "protão" (português europeu) ou "próton" (português brasileiro) é uma partícula sub-atômica que faz parte do núcleo de todos os elementos. Convencionou-se que o próton (ou protão) tem carga eléctrica positiva.É uma das partículas, que junto com o nêutron (ou neutrão), formam os núcleos atómicos.HistóriaEm 1886, o físico alemão Eugen Goldstein criou um tubo e observou que, quando ocorriam descargas elétricas através do tubo contendo um gás rarefeito, surgiam raios que apresentavam massa e cargas elétricas positivas. Esses raios foram denominados de raios canais. Posteriormente, o inglês Ernest Rutherford verificou que os raios canais originários do hidrogénio (ou hidrogênio) possuíam a menor carga positiva conhecida até então. A essa unidade eletricamente carregada positivamente deu-se o nome de próton (ou protão).Características físicas

A massa real de um próton (ou protão) é de, aproximadamente, 1,6 · 10−27 kg. Entretanto, atribui-se-lhe uma massa relativa de valor 1.

A carga elétrica real do próton (ou protão) é de, aproximadamente, 1,6 · 10−19

coulombs. Porém, do mesmo modo que à massa, atribuiu-se uma carga relativa de +1.

O próton (ou protão) é formado por dois quarks up e um down, sendo escrito como: uud.

Comparativamente: O nêutron (ou neutrão) não tem carga elétrica e é ligeiramente mais pesado que

o próton (ou protão). O elétron (ou electrão) apresenta a mesma carga que o próton (ou protão),

porém de sinal contrário. Entretanto, é 1836 vezes mais leve (1/1836).

Na química e bioquímicaNa química e bioquímica , a palavra próton (ou protão) é frequentemente usada como um sinônimo (ou sinónimo) para o íon (ou ião) molecular de hidrogênio (ou hidrogénio) (H+) em vários contextos:

1. A transferência do H+ em uma reação ácido-base é descrita como a transferência de um próton (ou protão). Um ácido é tido como um doador de próton (ou protão) e uma base como um receptor de próton (ou protão).

2. O íon (ou ião) de hidrogênio (ou hidrogénio) (H3O+) em uma solução aquoso (ou aquosa) corresponde ao íon (ou ião) de hidreto de hidrogênio (ou hidrogénio). Frequentemente a molécula da água é ignorada e o íon (ou ião) é escrito simplesmente como H+(aq) ou finalmente H+, e tratado como um próton (ou protão).

Nêutron

O nêutron é composto de um quark u e dois quarks d.

Um nêutron (português brasileiro) ou neutrão (português europeu) é um bárion neutro formado por dois quarks down e um quark up. É uma das partículas, junto com o próton, que formam os núcleos atômicos. Fora do núcleo atômico é instável e tem uma vida média de cerca de 15 minutos, emitindo um eletrón e um antineutrino para se converter em um próton. Sua massa é muito similar à do próton.Foi descoberto pelo físico britânico James Chadwick em 1932, que por essa descoberta recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1934.Para saber a quantidade de nêutrons que um átomo possui, basta fazer a subtração entre o número de massa (A) e o número atómico (Z).

Propriedades Massa: mn = 1,672x10−24 g Vida média: n = 886,7 ± 1,9 s Momento magnético: n = -1,9130427 ± 0,0000005 N Carga: qn = (-0,4 ± 1,1) x 10−21 e (teoricamente nula)

O nêutron é necessário para a estabilidade de quase todos os núcleos atômicos (a única exceção é o hidrogênio), já que a força nuclear forte faz com que seja atraído por elétrons e prótons, mas não seja repelido por nenhum, como acontece com os prótons, que se atraem nuclearmente mas se repelem eletrostaticamente.