Química Inorgânica
Origem dos elementos
Origem dos elementosBig Bang (13,7 bilhões de anos)
Onde toda a matéria estava concentrada em um único ponto;
Aglomerado de massa-energia
Logo após o Big Bang Iniciou expansão adiabática, Tinicial=1032K
T2seg=1010K
• Sendo T muito alta era difícil das partículas se combinarem;
• Resfriaram e começaram a se combinar através da chamada FORÇA FORTE, unindo os nucleons (prótons e nêutrons);
• Com a continuidade do resfriamento ocorreu a FORÇA ELETROMAGNÉTICA, unindo os elétrons;
• FORÇA FORTE – Grande, mas de Curto alcance;• FORÇA ELETROMAGNÉTICA – Fraca, mas de
longo alcance.
Origem dos elementos
Eletrosfera
Núcleo
Núcleo formado pela ação da força forte (união de prótons e nêutrons)
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
ee
e
e
e = elétrons,formando a eletrosfera, unidos ao núcleo através da força eletromagnética.
Atuação da força forte e da força eletromagnética
Nucleossíntese durante o Big BangA diminuição da temperatura permitiu a
gênese de prótons (p) e nêutrons (n).
Cerca de 3 minutos após o big bang à temperatura de aproximadamente 300 milhões de Kelvin, os prótons e os neutrons ligaram-se entre si para formar os primeiros núcleos de átomos, fenômenos chamado de Nucleossíntese.
Aparecimento do H e HeA formação dos núcleos atômicos no universo
primitivo foi resultado de reações nucleares.
Neutro(n) + Proton(p) = Deutério (Isótopo do Hidrogênio) Liberando radiação (γ)
Deutério + (n) ou (p) = Trítio ou He-3
He + trítio ou He-3 = Berílio-7 ou Lítio -7
Partículas subatômicasNeutrino = partícula eletricamente neutra e massa
muito pequena (provavelmente zero);Pósitron = é uma versão do elétron carregada
positivamente, número de massa zero e uma carga positiva unitária, corresponde à transformação de um próton em neutron;
Fóton = radiação eletromagnética emitida do núcleo do átomo (partícula elementar da força eletromagnética).
Nuclídeo = é a designação do elemento de
número a atômico Z e número de massa A, AZE.
Partículas subatômicas relevantesPartícula Símbolo Massa/u* Número
de massaCarga/e** Spin
Elétron e- 5,486 x 10-4 0 -1 ½
Próton P 1,0073 1 +1 ½
Neutron N 1,0087 1 0 ½
Fóton γ 0 0 0 1
Neutrino ν ≈ 0 0 0 ½
Pósitron e+ 5,486 x 10-4 0 +1 ½
Partícula α α [núcleo do 42He+2] 4 +2 0
Partícula β β [e- ejetado do núcleo] 0 -1 ½
Partícula γ γ [radiação eletromagnética do núcleo]
0 0 1
* Massas expressas em unidades de massa atômicas, u, sendo 1 u = 1,6605 x 10-27 kg.
** A carga elementar do elétron e tem o valor de 1,602 x 10-19 C.
Os elementosOs elementos formados pelas partículas
subatômicas, são diferenciados por:
Número atômico Z = número de prótons;Isótopos, onde o mesmo átomo pode apresentar
massas diferentes;Número de massa A que representa do número total de
prótons e neutrons;
Origem dos elementosÁtomos
Logo após o Big Bang (cerca de 2 horas) o universo era composto por 89 % de H e 11 % de He;
No estudo do universo a idade das estrelas é relacionada com a presença do H e He,
onde quanto mais velha for a estrela maior a quantidade destes elementos.
Ex.: O Hidrogênio possui 3 isótopos, em cada caso Z = 1
- 1H, o mais abundante, e indica que o núcleo contém um proton;
- 2H, deutério, menos abundante (1 para 6000 átomos), A = 2 (1 próton e 1 neutron);
- 3H, trítio, que é o isótopo radioativo de vida curta, A = 3 (1 próton e 2 neutrons);
11H, 2
1H, 31H
Os elementos
Como se formaram os elementos mais
pesados?
Contração Gravitacional Libera Calor / Aumenta densidade
Fonte:Garritz & Chamizo, Química, Addison-Wesley Iberoamericana, 1994, p. 97
Nucleossíntese
Elementos leves Z ≤ 26
Reações ocorridas nas estrelas a partir do H e do He primitivos,conservação da massa e da carga total;
Energia é liberada quando núcleos leves fundem-se para originar elementos de Z mais elevado;
Ex.:12
6C + 42He 16
8 O + γ (fóton)
Energia liberada = 7,2 MeV,
Reações simples
H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O
A energia dessa reação é a diferença entre a energia liberada pela quebra das ligações dos reagentes e a energia consumida da formação dos produtos;
Reações nucleares
126C + 4
2He 168 O + γ (fóton)
A energia dessa reação é a energia liberada pelo rearranjo do núcleo dos átomos envolvidos na reação.
Reação simples libera ± 103 kJ/mol
Reação nuclear libera ± 109 kJ/mol
Um submarino nuclear pode passar até 20 anos
sem abastecer combustível (nuclear)
1.000.000 vezes mais
energia
Reações nuclearesAs reações nucleares que geraram os átomos de
número atômico menores que 26 formam um ciclo de reações, que em sua grande parte foram catalizadas por átomos de C e na sua ausência por reações com H não catalizadas.
1. Captura do proton (p) pelo átomo de carbono-12
126C + 1
1p 137N + γ
2. Decaimento de pósitron acompanhado por emissão de neutrino (ν)
137N 13
6C + e+ + ν
3. Captura do proton (p) pelo átomo de carbono-13
136C + 1
1p 147N + γ
4. Captura de próton pelo átomo de nitrogênio-14
147N + 1
1p 158O + γ
5. Decaimento de pósitron acompanhado por emissão de neutrino
158O 15
7N + e+ + ν
6. Captura de próton pelo nitrogênio
157N + 1
1p 126C + 4
2α
126C + 4
2He 168 O + γ
Nucleossíntese
Elementos pesados Z > 26
Reações que não ocorreram nas fases iniciais da evolução das estrelas onde os nuclídeos são formados pela captura de nêutron e subseqüente decaimento de partículas β.
1. Captura de nêutron98
42Mo + 10n 99
42Mo + γ (fóton)
2. Decaimento β acompanhado por emissão de neutrino
9942Mo 99
43Tc + e- + ν
Os elementos mais pesados, possuem mais prótons, gerados pelos elementos primitivos são mais estáveis, sendo mais difícil retirar um próton;
1. Nestes elementos, por exemplo um isótopo do molibdênio, quando se chocam no espaço com nêutrons, tendem a capturá-los, logo variam somente sua massa, com liberação de fóton;
2. Estando o elemento instável, e que não se choque com nêutrons, ocorrerá o decaimento da partícula β que é o “e-” ejetado do núcleo, logo, um nêutron se transforma em próton, com emissão de neutrino (ν).
Dois importantes tipos da Reação Nuclear:Fusão e Fissão nuclear
Fusão nuclear é o processo de colidir dois átomos propositalmente para formar um terceiro, mais pesado. A reação libera energia e, dependendo de quais forem os reagentes, um nêutron livre.
Fissão nuclear é o processo de forçar a divisão de um átomo para formar dois outros, mais leves. A reação também libera energia e um nêutron livre.
Ex.: 6 g de hidrogênio, o elemento químico mais usado na fusão, geram 127 x 1023 MeV, o suficiente para abastecer uma casa com quatro pessoas por 156 dias.
Fusão e Fissão nuclear
Ex.: sendo Elig/A
Onde, Ca é 8,6 MeV e do Ne é 8,0 MeV.
Temos que a diferença entre as energias de ligação da fusão da reação:
22010Ne → 40
20Ca
p/ Ca: 40 x 8,6 = 344 MeV
p/ Ne: 2 x 20 x 8 = 320 MeV
Logo a variação de energia entre produtos e reagente é
= 344 – 320 = 24 MeV