Átomos, Sólidos, Liquidos
Adapted from the slides of Dr. Don Franceschetti
physics.memphis.edu/People/franceschetti/ Atoms,%20Solids,%20Liquids.ppt
Hipótese Atómica
• Especulação Filosófica, até1800
• c. 1800 John Dalton re-analiza a hipótese atómica.
• 1827 Robert Brown descobre o Movimento
Browniano.
• 1905 Einstein explica o Mov. Browniano como
resultado das colisões moleculares.
Os Elementos
•
•
•
•
•
Existem aprox. 88 elementos naturais.
São conhecidos uns 120 elementos.
90% dos átomos do universo são hidrogênio.
O Sol fussiona Hidrogênio para formar Hélio.
Outras estrelas velhas criam elementos mais
pessados, até o ferro. Só supernovas podem
criar elementos mais pessados.
• Somos feitos de pó estelar.
TABELA
H
He
Clásico
Conocido
Raramente usado
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Átomos são…
• Incrivelmente pequenos,
• Numerosos, temos aprox.
100,000,000,000,000,000,000,000 átomos num
grama d’agua.
• Sem idade, eles tem a idade do Universo.
• Se encomtram por toda parte: cada vez que
você enche os pulmões de ar, esse ar contém
átomos que já estiveram nos pulmões de cada
ser humano que já existiu.!
Não podemos ver os átomos
pois…
• O comprimento de onda da luz visível é
muito maior do que o diâmetro de um
átomo.
• Porém, podemos vé-los usando elétrons:
Microscopia de Tunelamento (TEM) e
Microscopia de Força Atómica (AFM)
Microscopia de Tunelamento (TEM) e
Microscopia de Força Atómica (AFM)
A corral made by placing 48 iron atoms
in a circle, one at a time, onto a surface
of gold (Reprinted with permission from
IBM)
First “Picture” Thorium 1979
Hoje
AFM-image with the highest resolution ever obtained (77 pm=0. 77 Ǻ).
Subatomic structures are visible within single tungsten atoms.
The simultaneously recorded STM image (please move the cursor on
image) shows the atomic positions. Image size 500 × 500 pm2.
Hembacher et al. SCIENCE...
Hoje
Electrons
• Ben Franklin, believed electrical phenomena were due to
an excess or a deficiency of electric fluid. Electricity can
flow through a gas.
• Crooks experimented with cathode rays in partially
evacuated tubes.
• 1897 J. J. Thomson showed that cathode rays are
particles: electrons. Determines charge to mass ratio.
• 1909 Millikan determines electron charge in oil drop
experiment.
1909: Experimento de Millikan da gota de óleo
mgota = 1.0 x10-15 kg.
g é -9.8 m/s2.
A carga q das gotas era sempre múltiplo de
-1.6 x 10 -19 C,
a carga do elétron.
e 1
~
 0.0625  6% !!!!!
e 16
http://www68.pair.com/willisb/millikan/experiment.html
O Núcleo
Descoberto por Ernest Rutherford no famoso experimento
de espalhamento de partículas alfa.
O Núcleo
…Os átomos são na maior parte espaço vazio.
Particles in the Nucleus
• Protons carry single positive charges
• Atomic number is number of protons in the
nucleus.
• Atomic number determines chemical
behavior
• Neutrons are neutral particles.
• Isotopes differ in number of neutrons.
Shell Model of Atom
TABELA
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Número mágico: 8
Por qué é Periódica ?
We use chemical symbols to
represent atoms
•
•
•
•
•
•
•
•
Usually these make sense
H is Hydrogen
O is Oxygen
S is Sulphur
C is Carbon
H2O is a molecule of water
H2SO4 is a molecule of sulfuric acid
Atoms combine to form molecules by sharing
electrons
Some symbols are stranger
•
•
•
•
•
Na (natrium) is sodium
K (kalium) is potassium
W (wolfram) is Tungsten
Sb (stibnum) is Antimony
NaCl represents one formula unit of
Sodium chloride, table salt
• Atoms can also bind by donating electrons
to form charged ions.
Atoms Cannot Reproduce!
Biological reproduction is based on copying
molecular structures.
Atoms in a newborn infant come from food eaten
by mother (except a very few—from father) .
Prenatal nutrition is very important. Inadequate Ca
or Fe will be leached from mother’s body.
3 phases (states) of matter
• Gas fills any container—lots of space
between molecules
• Liquid takes shape of container but
doesn’t expand to fill—molecules bumping
into each other
• Solids retain shape--atoms bound to each
other
Estrutura Cristalina
• Los sólidos podem ser cristalinos ou amorfos
• Cristais possuem ordenamento tridimensional
dos átomos
• Podemos conhecer uma estrutura cristalina
através de difração de raios-X
• Um sólido policristalino, por ex. fio de cobre,
aluminio das calotas, cerâmicos no piso.
• Os sólidos amorfos não tem ordem de longo
alcançe.
NaCl
CaF2
© M. Hewat 1998-2000
http://whisky.ill.fr/dif/3D-crystals/
ABC.ABC...
AB.AB...
ou AC.AC...
© M. Hewat 1998-2000
http://whisky.ill.fr/dif/3D-crystals/
C
C60
© M. Hewat 1998-2000
http://whisky.ill.fr/dif/3D-crystals/
FIM: Fe3O4
HAFM: Er6Mn23
© M. Hewat 1998-2000
http://whisky.ill.fr/dif/3D-crystals/
 - Fe
MnF
Bonding in Solids
• Solids can be
– Ionic, electrons transferred between atoms
which then attract each other e.g. NaCl
– Metallic, electrons shared by all atoms, e.g.
Au
– Covalent, chemical bonds between
neighboring atoms, e. g. diamond
– Hydrogen bonded, e.g. ice
– van der Waals bonded, e.g. dry ice
Density
Density = mass/volume
m

V
is characteristic of the substance.
•
•
•
•
Gold 19,320 kg/m3
Mercury 13,600 kg/m3
Water 1,000 kg/m3
Gases, roughly 1 kg/m3 so 99.9% of a gas is empty
space.
Outra medida de volume
• O litro é uma medida de volume.
• Originalmente era exatamente 1 dm3
• Hoje é o volume ocupado por 1 kg d’agua pura.
1 m3 = 1000 l
1 dm3 = 1 l
1 cm3 = 0.001 l
1 cm
1
1 dm
1.000
1m
1.000.000