desde o início dos tempos, os seres humanos têm procurado entender de que é feito o universo e tudo dentro dele. E enquanto antigos magos e filósofos concebeu um mundo composto de quatro ou cinco elementos – terra, ar, água, fogo e metal, ou consciência) – pela antiguidade clássica, os filósofos começaram a teorizar que toda a matéria foi realmente feita de minúsculos, invisíveis e indivisíveis, os átomos.

desde então, os cientistas têm se envolvido em um processo de descoberta em curso com o átomo, na esperança de descobrir a sua verdadeira natureza e maquiagem., No século XX, a nossa compreensão tornou-se refinada ao ponto de sermos capazes de construir um modelo preciso dela. E na última década, nossa compreensão avançou ainda mais, ao ponto de termos chegado a confirmar a existência de quase todas as suas partes teorizadas.atualmente, a pesquisa atômica é focada no estudo da estrutura e da função da matéria no nível subatômico. Isto não consiste apenas em identificar todas as partículas subatómicas que se pensa constituírem um átomo, mas em investigar as forças que as governam., Estas incluem forças nucleares fortes, forças nucleares fracas, electromagnetismo e gravidade. Aqui está uma análise de tudo o que nós viemos para aprender sobre o átomo até agora…

Estrutura Do Átomo:

Nosso modelo atual do átomo pode ser dividido em três partes constituintes – prótons, nêutrons e elétrons. Cada uma destas partes tem uma carga associada, com prótons carregando uma carga positiva, elétrons tendo uma carga negativa, e nêutrons possuindo nenhuma carga líquida., De acordo com o modelo padrão da física de partículas, prótons e nêutrons formam o núcleo do átomo, enquanto os elétrons orbitam-no em uma “nuvem”.

os elétrons de um átomo são atraídos para os prótons do núcleo pela força eletromagnética. Os elétrons podem escapar de sua órbita, mas apenas em resposta a uma fonte externa de energia sendo aplicada., Quanto mais próxima a órbita do elétron ao núcleo, maior a força atrativa; portanto, mais forte a força externa necessária para fazer com que um elétron escape.

elétrons orbitam o núcleo em órbitas múltiplas, cada uma das quais corresponde a um nível de energia particular do elétron. O elétron pode mudar seu estado para um nível de energia mais elevado absorvendo um fóton com energia suficiente para impulsioná-lo para o novo estado quântico. Da mesma forma, um elétron em um estado de energia superior pode cair para um estado de energia inferior enquanto irradia o excesso de energia como um fóton.,

átomos são eletricamente neutros se tiverem um número igual de prótons e elétrons. Átomos que têm um déficit ou um excedente de elétrons são chamados íons. Elétrons que estão mais distantes do núcleo podem ser transferidos para outros átomos próximos ou compartilhados entre átomos. Por este mecanismo, os átomos são capazes de se ligar em moléculas e outros tipos de compostos químicos.todas as três partículas subatômicas são férmions, uma classe de partícula associada à matéria elementar (elétrons) ou composta (prótons e nêutrons) na natureza., Isto significa que os elétrons não têm estrutura interna conhecida, enquanto prótons e nêutrons são compostos de outras partículas subatômicas. chama-se quarks. Existem dois tipos de quarks em átomos, que têm uma carga elétrica fracionada.

Protons are composed of two “up” quarks (each with a charge of +2/3) and one “down” quark (-1/3), while neutrons consist of one up quark and two down quarks., Esta distinção explica a diferença de carga entre as duas partículas, que resulta numa carga de +1 e 0 respectivamente, enquanto os electrões têm uma carga de -1.

outras partículas subatómicas incluem leptões, que se combinam com férmions para formar os blocos de construção da matéria. Existem seis leptões no modelo atômico atual: as partículas elétron, muon e tau, e seus neutrinos associados., As diferentes variedades das partículas de Lepton, comumente chamadas de “sabores”, são diferenciadas por seus tamanhos e cargas, o que afeta o nível de suas interações eletromagnéticas.

então, existem bósons Gauge, que são conhecidos como” portadores de força ” uma vez que eles mediam forças físicas. Por exemplo, os glúons são responsáveis pela força nuclear forte que mantém os quarks juntos, enquanto os bósons W E Z (ainda hipotéticos) são considerados responsáveis pela força nuclear fraca por trás do eletromagnetismo., Os fótons são a partícula elementar que compõe a luz, enquanto o bosão de Higgs é responsável por dar aos bósons W E Z a sua massa.

massa atômica:

a maioria da massa de átomos vem dos prótons e nêutrons que compõem seu núcleo. Elétrons são a menor massa de partículas constituintes de um átomo, com uma massa de 9.11 x 10-31 kg e um tamanho muito pequeno para ser medido pelas técnicas atuais. Prótons têm uma massa que é 1,836 vezes a do elétron, a 1,6726×10-27 kg, enquanto nêutrons são os mais massivos dos três, a 1.,6929×10-27 kg (1.839 vezes a massa do elétron).

o número total de prótons e nêutrons em um núcleo de átomos (chamado” nucleons”) é chamado de número de massa. Por exemplo, o elemento carbono-12 é assim chamado porque tem um número de massa de 12 derivados de seus 12 núcleos (seis prótons e seis nêutrons)., No entanto, os elementos também são dispostos com base em seus números atômicos, que é o mesmo que o número de prótons encontrados no núcleo. Neste caso, o carbono tem um número atômico de 6.

a massa real de um átomo em repouso é muito difícil de medir, pois mesmo a maior massa de átomos é muito leve para se expressar em unidades convencionais. Como tal, os cientistas frequentemente usam a unidade de massa atômica unificada (u) – também chamada dalton (da) – que é definida como um duodécimo da massa de um átomo neutro livre de carbono-12, que é aproximadamente 1,66×10-27 kg.,

químicos também usam moles, uma unidade definida como um mole de qualquer elemento sempre com o mesmo número de átomos (cerca de 6.022×1023). Este número foi escolhido de modo que se um elemento tem uma massa atômica de 1 u, um mole de átomos desse elemento tem uma massa próxima de um grama. Por causa da definição da unidade de massa atômica unificada, cada átomo de carbono-12 tem uma massa atômica de exatamente 12 u, e assim uma mole de átomos de carbono-12 pesa exatamente 0,012 kg.

Decaimento radioactivo:

quaisquer dois átomos que tenham o mesmo número de protões pertencem ao mesmo elemento químico., Mas átomos com um número igual de prótons podem ter um número diferente de nêutrons, que são definidos como sendo isótopos diferentes do mesmo elemento. Estes isótopos são frequentemente instáveis, e todos aqueles com um número atômico maior que 82 são conhecidos por serem radioativos.

Quando um elemento é submetido a decadência, o núcleo perde energia, emitindo radiação, que pode consistir de partículas alfa (átomos de hélio), partículas beta (pósitrons), raios gama (alta-frequência eletromagnética de energia), e a conversão de elétrons. A taxa a que um elemento instável decai é conhecida como a sua “semi-vida”, que é a quantidade de tempo necessária para que o elemento caia para metade do seu valor inicial.

a estabilidade de um isótopo é afectada pela razão entre protões e neutrões., Dos 339 diferentes tipos de elementos que ocorrem naturalmente na Terra, 254 (cerca de 75%) foram rotulados como “isótopos estáveis” – ou seja, não sujeitos a decaimento. Um adicional de 34 elementos radioativos têm meia vida superior a 80 milhões de anos, e também existem desde o início do Sistema Solar (daí por que eles são chamados de “elementos primordiais”).finalmente, um adicional de 51 elementos de vida curta são conhecidos por ocorrer naturalmente, como” elementos filha ” (ou seja, subprodutos nucleares) do decaimento de outros elementos (como o rádio do urânio)., Além disso, elementos radioativos de curta duração podem ser o resultado de processos energéticos naturais na terra, tais como bombardeios de raios cósmicos (por exemplo, carbono-14, que ocorre em nossa atmosfera).

História do Estudo:

Os primeiros exemplos conhecidos da teoria atômica vêm desde a antiga Grécia e na Índia, onde filósofos como Demócrito postulou que toda a matéria era composta de minúsculas partículas indivisíveis e indestrutíveis unidades. O termo “átomo “foi cunhado na Grécia antiga e deu origem à escola de pensamento conhecida como”atomismo”., No entanto, esta teoria era mais um conceito filosófico do que científico.

não foi até o século XIX que a teoria dos átomos se articulou como uma matéria científica, com os primeiros experimentos baseados em evidências sendo conduzidos., Por exemplo, no início de 1800, o cientista inglês John Dalton usou o conceito do átomo para explicar por que os elementos químicos reagiram de certas formas observáveis e previsíveis.

Dalton começou com a questão de por que os elementos reagiram em rácios de pequenos números inteiros, e concluiu que essas reações ocorreram em múltiplos de número inteiro de unidades discretas—em outras palavras, átomos. Através de uma série de experimentos envolvendo gases, Dalton passou a desenvolver o que é conhecido como teoria atômica de Dalton, que permanece uma das pedras angulares da física moderna e química.,

A teoria se resume a cinco premissas: elementos, no seu estado mais puro, consistem em partículas chamadas átomos; os átomos de um determinado elemento são todos iguais, até o último átomo; os átomos dos diferentes elementos pode ser distinguida pelos seus pesos atômicos; átomos de elementos unem-se para formar compostos químicos; os átomos não podem ser criados ou destruídos, em reação química, apenas o agrupamento nunca muda.no final do século XIX, os cientistas começaram a teorizar que o átomo era constituído por mais de uma unidade fundamental., No entanto, a maioria dos cientistas aventurou – se que esta unidade seria do tamanho do menor átomo conhecido-hidrogênio. E então em 1897, através de uma série de experimentos usando raios catódicos, o físico J. J. Thompson anunciou que tinha descoberto uma unidade que era 1000 vezes menor e 1800 vezes mais leve que um átomo de hidrogênio.

seus experimentos também mostraram que eles eram idênticos a partículas dadas pelo efeito fotoelétrico e por materiais radioativos. Experimentos subsequentes revelaram que esta partícula transportava corrente elétrica através de fios metálicos e cargas elétricas negativas dentro dos átomos. Daí por que a partícula – que foi originalmente chamada de “corpúsculo” – foi posteriormente alterada para “elétron”, após a partícula prevista por George Johnstone Stoney em 1874.,no entanto, Thomson também postulou que elétrons eram distribuídos por todo o átomo, que era um mar uniforme de carga positiva. Isto tornou-se conhecido como o “modelo pudim de ameixa”, que mais tarde seria provado errado. Isto aconteceu em 1909, quando os físicos Hans Gieger e Ernest Marsden (sob a direção de Ernest Rutherfod) realizaram sua experiência usando folha de metal e partículas alfa.consistentes com o modelo atómico de Dalton, acreditavam que as partículas alfa passariam directamente pela folha com pouca deflexão., No entanto, muitas das partículas foram deflectidas em ângulos superiores a 90°. Para explicar isso, Rutherford propôs que a carga positiva do átomo está concentrada em um pequeno núcleo no centro.

em 1913, o físico Niels Bohr propôs um modelo onde elétrons orbitavam o núcleo, mas só podiam fazê-lo em um conjunto finito de órbitas. He also proposed that electrons could jump between orbits, but only in discrete changes of energy corresponding to the absorption or radiation of a photon., Isto não só refinou o modelo proposto por Rutherford, mas também deu origem ao conceito de um átomo quantizado, onde a matéria se comportava em pacotes discretos.

O desenvolvimento de um espectrômetro de massa – que usa um ímã para dobrar a trajetória de um feixe de íons permitido a massa de átomos de ser medido com maior precisão. O químico Francis William Aston usou este instrumento para mostrar que os isótopos tinham massas diferentes., Isto por sua vez foi seguido pelo físico James Chadwick, que em 1932 propôs o neutrão como uma forma de explicar a existência de isótopos.ao longo do início do século XX, a natureza quântica dos átomos foi desenvolvida. In 1922, German physicists Otto Stern and Walther Gerlach conducted an experiment where a beam of silver atoms was directed through a magnetic field, which was intended to split the beam between the direction of the atoms angular momentum (or spin).,

conhecido como o experimento Stern–Gerlach, os resultados foram que o feixe se dividiu em duas partes, dependendo se o spin dos átomos estava ou não orientado para cima ou para baixo. Em 1926, o físico Erwin Schrodinger usou a ideia de partículas se comportando como ondas para desenvolver um modelo matemático que descrevia elétrons como formas de onda tridimensionais ao invés de meras partículas.

uma consequência do uso de formas de onda para descrever partículas é que é matematicamente impossível obter valores precisos tanto para a posição como para o momento de uma partícula em determinado momento., Nesse mesmo ano, Werner Heisenberg formulou este problema e o chamou de “princípio da incerteza”. De acordo com Heisenberg, para uma dada medição precisa da posição, só se pode obter uma gama de valores prováveis para o momento, e vice-versa.

Na década de 1930, os físicos descobriram a fissão nuclear, graças a experiências de Otto Hahn, Lise Meitner e Otto Frisch., Os experimentos de Hahn envolveram direcionar neutrões para átomos de urânio na esperança de criar um elemento transuraniano. Em vez disso, o processo transformou sua amostra de urânio-92 (Ur92) em dois novos elementos – bário (B56) e krypton (Kr27).

Meitner e Frisch verificaram o experimento e atribuíram-no à separação dos átomos de urânio para formar dois elementos com o mesmo peso atômico total, um processo que também liberou uma quantidade considerável de energia quebrando as ligações atômicas. Nos anos que se seguiram, a pesquisa sobre o possível armamento deste processo começou (i.e., armas nucleares) e levou à construção das primeiras bombas atômicas nos EUA em 1945.

In the 1950s, the development of improved particle accelerators and particle detectors allowed scientists to study the impacts of atoms moving at high energies. A partir disso, o modelo padrão da física de partículas foi desenvolvido, que até agora tem explicado com sucesso as propriedades do núcleo, a existência de partículas subatômicas teorizadas, e as forças que governam suas interações.,experiências modernas: desde a segunda metade do século XX, muitas descobertas novas e excitantes têm sido no que diz respeito à teoria atômica e mecânica quântica. Por exemplo, em 2012, a longa busca pelo bosão de Higgs levou a um avanço onde pesquisadores que trabalham na Organização Europeia de Pesquisa Nuclear (CERN) na Suíça anunciaram sua descoberta.

nas últimas décadas, uma grande quantidade de tempo e energia tem sido dedicada pelos físicos ao desenvolvimento de uma teoria unificada dos Campos (também conhecida como. Grande teoria unificadora ou teoria de tudo). Em essência, desde que o modelo padrão foi proposto pela primeira vez, os cientistas têm procurado entender como as quatro forças fundamentais do universo (gravidade, forças nucleares fortes e fracas, e eletromagnetismo) trabalham juntos.,enquanto a gravidade pode ser entendida usando as teorias da relatividade de Einstein, e as forças nucleares e o eletromagnetismo podem ser entendidas usando a teoria quântica, nenhuma teoria pode explicar todas as quatro forças trabalhando juntas. Tentativas de resolver isso levaram a uma série de teorias propostas ao longo dos anos, que vão desde a teoria das cordas até a gravidade quântica em Loop. Até à data, nenhuma destas teorias levou a um avanço.,a nossa compreensão do átomo percorreu um longo caminho, desde modelos clássicos que o viam como um sólido inerte que interagia com outros átomos mecanicamente, até teorias modernas onde os átomos são compostos de partículas energéticas que se comportam de forma imprevisível. Embora tenha levado vários milhares de anos, o nosso conhecimento da estrutura fundamental de toda a matéria avançou consideravelmente.

e ainda, existem muitos mistérios que ainda estão por resolver. Com o tempo e os esforços continuados, podemos finalmente desbloquear os últimos segredos do átomo., Por outro lado, poderia muito bem ser que quaisquer novas descobertas que fizermos só darão origem a mais perguntas – e poderiam ser ainda mais confusas do que as que vieram antes!

Nós escrevemos muitos artigos sobre o átomo para o universo hoje. Aqui está um artigo sobre o modelo atômico de John Dalton, O modelo atômico de Neils Bohr, quem era Demócrito? e quantos átomos existem no universo?se quiser mais informações sobre o átomo, veja o Artigo da NASA sobre a análise de pequenas amostras, e aqui está uma ligação ao artigo da NASA sobre átomos, elementos e isótopos.,

também registramos um episódio inteiro de Astronomia sobre o átomo. Ouçam, episódio 164: Inside The Atom, episódio 263: Radioactive Decay, E episódio 394: The Standard Model, Bosons.