O NÚCLEO ATÔMICO
4ª Aula
 O Núcleo e Sua Estrutura
 Isótopos
 Unidade de Massa Atômica
 Energia de Ligação
 Estabilidade Nuclear
O Núcleo e Sua Estrutura
Questões em aberto:
•como garantir a estabilidade nuclear a despeito da
existência de forças de repulsão Coulombianas?:
•Se o número de massa atômica deveria ser um
múltiplo do número atômico, como explicar, a exceção
do hidrogênio, valores com ordem de grandeza duas
vezes maior que o número atômico e, que passam a
ser relativamente maior, a medida em que
observamos átomos com maiores números atômicos?
Resposta!
Chadwick em 1932 descobre o NEUTRON
9
4
Be He C  n
4
2
12
6
1
0
•Justifica a diferença entre os números atômico e
de massa
•Equilibra as forças de repulsão coulombianas,
mantendo o núcleo coeso
•existência de um novo tipo de força inteiramente
diferente, que mantém juntos prótons e neutrons
Núcleo é composto por 2 componentes básicos :
Protons
Nucleons
Neutrons
Características do Próton :
•Descoberto por Rutherford em 1919
•Consiste do núcleo do átomo de hidrogênio
•Partícula estável de carga elétrica positiva igual à
do elétron
•Massa de repouso é aproximadamente 1,007 uma
•Com energias de alguns MeV não são considerados
partículas relativísticas
Características do Neutron:
•Não contêm carga elétrica
•Massa de repouso de aproximadamente 1,008
uma
•Por ter carga elétrica nula, ele não pode causar
ionização diretamente
•Fora do núcleo, é uma partícula instável que se
dissocia espontaneamente, num tempo de 12
minutos, segundo a reação:
1
0
n p e
1
1
0
1
Os neutrons são geralmente classificados de acordo
com suas energias, em 4 categorias:
a) neutrons térmicos: são os que estão em equilíbrio
térmico com o meio, energia de 0,025 eV
b) neutrons intermediários: são aqueles que estão
na faixa de energia de 0,5 eV a 10 keV.
c) neutrons rápidos: são os que têm energias entre
10 keV e 10MeV;
d)neutrons relativísticos: são os que têm energias
maiores que 10 MeV
O próton ou o neutron pesam aproximadamente 2000
vezes mais que o elétron. Isso justifica a afirmação que
praticamente toda a massa do átomo esta concentrada
em seu núcleo. A carga e massa dessas partículas são:
e=-1.60217733×10⁻¹⁹C
me=9.1093897×10⁻³¹kg
p=1.60217733×10⁻¹⁹C
mp=1.6726231×10⁻²⁷kg
mN=1.6749286×10⁻²⁷kg
O raio do núcleo:
1/3
R = r0A
R é o raio do núcleo,
r₀ é uma constante que representa o raio do nucleon,
dada por r₀=1,25×10⁻¹³cm
A é o número de massa
1fm=10⁻¹³cm
Volume:
4 3 4 3
V  R  r0 A
3
3
Densidade
m assa Anucleons
3



3
4
3
volume
4

r
0
r0 A
3
se r₀= 1,25fm, a densidade do núcleo (já que
independe da A ) será igual a 0,122nucleons/(fm).
Isótopos
são então elementos com o mesmo número de prótons,
mesma estrutura eletrônica, porém diferem quanto ao número
de neutrons, ou seja existem em formas quimicamente
idênticas, mas que diferem na massa, como por exemplo os
seguintes isótopos do oxigênio:
16
8
O  99,975%
17
8
O  0,037%
18
8
O  0,204%
Unidade de Massa Atômica
A unidade de massa atômica pode ser tanto dada em
gramas quanto em termos de números relativos,
denominados Unidades de Massa Atômica, ou
simplesmente uma.
Por definição, 1uma=1/12 da massa do ¹²C, tomada
com sendo igual a 12g.
m12C
12 g / mol
23


1,9910

10
g
23
6, 027 10 molec / mol
1,9910 1023 g
1uma 
 1, 6592 1024 g
12
mn  1, 008997uma, m p  1, 007593uma, me  0, 000552uma
m c2 Joules
E
 931MEV
13
1,6 10 joules/ MeV
Energia de Ligação
Defeito de Massa
  M  M
M   Zm p  ( A  Z )mn
definida como a quantidade de energia que o núcleo
despende para manter os nucleons unidos, ou de
outra forma, esta diferença de massa seria
equivalente ao trabalho necessário para separar o
núcleo em seus componente individuais (nucleons),
que também é chamada de energia de ligação, EL
MeV
EL  ( M   M )uma  931
uma
Estabilidade Nuclear
A estabilidade nuclear irá depender principalmente
da razão entre prótons e neutrons!