Estrutura Atômica e Distribuição Eletrônica

Introdução

• Toda a matéria é composta por partículas indivisíveis chamadas átomos.
• O átomo, a menor partícula de um elemento, mantém suas propriedades químicas.
• Os átomos são compostos por partículas fundamentais: prótons, elétrons e nêutrons.

Estrutura Atômica

• A eletrosfera contém os elétrons (e-).
• Está dividida em camadas designadas por letras como K, L, etc.
• É onde as reações químicas ocorrem e os raios-X são produzidos.
• A distribuição dos elétrons na eletrosfera ocorre em ordem crescente de energia, ocupando cada elétron um orbital específico conforme sua energia.
• O número máximo de elétrons por camada é: K=2, L=8, M=18, N=32, O=32, P=18, Q=8.
• A camada mais externa de um átomo não pode conter mais que 8 elétrons. Se este número for ultrapassado, os elétrons adicionais são alocados na próxima camada, mantendo 8 ou 18 na camada anterior.
• Os elétrons são organizados em subníveis, com até 4 tipos.
• A representação gráfica da ordem crescente de energia dos subníveis é conhecida como diagrama de Linus Pauling.
• O núcleo atômico contém prótons (p+) e nêutrons (n⁰), coletivamente chamados nucleons.
• O núcleo é onde ocorrem os decaimentos radioativos, com uma densidade muito alta.
• O número atômico (Z) representa o número de prótons, e o número de massa (A) é a soma de prótons e nêutrons no núcleo.

Isótopos e Nuclídeos

• Isótopos são nuclídeos com o mesmo número atômico (Z) mas diferentes massas atômicas (A).
• Nuclídeo é qualquer espécie nuclear definida pelo número atômico (Z), número de massa (A) e estado energético. A representação utiliza o símbolo químico do elemento.

Elemento Químico e Tabela Periódica

• Um elemento não pode ser decomposto quimicamente em substâncias mais simples. Ele engloba a mistura natural de seus isótopos.
• Os elementos são atualmente organizados na Tabela Periódica em ordem crescente de número atômico (Lei de Moseley).
• A Tabela Periódica organiza os elementos em linhas horizontais chamadas períodos com um total de 7, cada uma correspondendo a um nível de energia.
• Elementos no mesmo período compartilham o mesmo número de níveis de energia ao redor do núcleo.
• Elementos na mesma família têm propriedades semelhantes, incluindo tendência a reagir com água e a ganhar (redução) ou perder elétrons (oxidação).
• Os elementos semimetais, antes classificados separadamente, foram realocados entre metais e não metais.
• Um elétron-volt (eV) é uma unidade de energia usada para estudar a interação da radiação com a matéria, representando a energia que um elétron ganha ao atravessar um campo elétrico de 1 volt.
• Conversões: 1 eV = 1,602.10⁻¹⁹ J = 1,602.10⁻¹² erg
• A relação entre massa e energia é dada por E=m.c², onde c é a velocidade da luz(Teoria da relatividade Especial).
• Em reações nucleares, uma pequena quantidade de massa é transformada em energia, ou o inverso.

Estabilidade Nuclear

• Existe a Força eletrostática que é Repulsiva e atua entre os protóns e a força nuclear forte que e Ativa e atua entre protóns e neutróns.

Decaimento Radioativo

• Átomos com muitos nucleons tendem a ser instáveis.
• A emissão de partículas ou energia estabiliza o núcleo atômico.
• O decaimento radioativo é classificado em três tipos: alfa, beta e gama.

Decaimento Alfa

• Transmutação nuclear que emite uma partícula alfa (α), que é um núcleo de hélio.
• Tem baixa energia, alto poder de ionização e é pouco penetrante;

Decaimento Beta

• O decaimento beta tem dois tipos: β⁺ e β⁻.
• É uma emissão de elétrons ou pósitrons.
• Tem média energia e poder de ionização menor que o decaimento Alfa.
• Penetra mais nos materiais que o decaimento Alfa.

Decaimento Gama

• É uma emissão de fótons de alta energia.
• É mais penetrante que os decaimentos alfa e beta.
• Tem um menor poder de ionização em relação ao decaimento beta e alfa.
• Ele se propaga como uma onda eletromagnética.
• A origem gama é diferente do raio-X.

Comparação

• Ocorre através de Concreto + Raios Gama + Aluminio + Papel.

Lei do Decaimento Radioativo

• Materiais radioativos emitem radiação exponencialmente ao longo do tempo(Ernest Rutherford: 1900).
• A taxa de decaimento de núcleos radioativos é diretamente proporcional ao número de núcleos radioativos presentes.
• A constante λ é a constante de decaimento radioativo do material. O inverso de λ é a vida média.
• Meia-vida (T) é o tempo em que metade dos átomos de uma amostra radioativa se desintegra.
• A atividade radioativa é a taxa de decaimento temporal, ou o número de decaimentos por unidade de tempo por amostra.
• A unidade de atividade radioativa no SI é o becquerel (Bq), onde 1 Bq = 1 decaimento por segundo.
• É comum que o produto de um decaimento radioativo seja ele mesmo radioativo, criando uma série radioativa.

Séries de Decaimento

• Os núcleos radioativos podem ser agrupados em quatro séries de decaimento: 4n (começa com tório-232), 4n+2 (urânio-238), 4n+3 (urânio-235) e4n+1 (netúnio-237).

Raios-X

Histórico

• Wilhelm Conrad Röntgen descobriu os raios-X em 08/11/1895.
• Röntgen radiografou a mão de sua esposa, Anna Bertha 22/12/1895.
• Em 1896, mais de 1000 artigos sobre raios-X e suas aplicações foram publicados. Röntgen recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1901 pela descoberta.
• Em física, Max Laue elucidou a natureza eletromagnética dos raios-X em 1912.

Produção

• Os raios-X são classificados em raios-X de freamento e raios-X característica.
• Raios-X de freamento: Um fóton de raio-X é criado quando um elétron sofre uma desaceleração brusca devido à atração causada pelo campo coulombiano do núcleo.
• Os raios-X espectro de raios-X é contínuo e depende da energia cinética do elétron.
  • E(elétron) = e.V = Emáx. do fóton = h.fmáx.
• A energia máxima do fóton não depende do material do alvo, mas da diferença de potencial. Raios-X Característico:
• É preciso "remover" o elétron da camada e criar um buraco pelo outro elétron.
• O espectro de energia para raios-X característicos é discreto e dependente do material de produção.
• Efóton = ΔEcamadas = h.Δfcamadas
• Na prática, a produção gera os daos tipos de raios-X gerando espectro mixto.

Atenuação

• Refere-se à redução da intensidade do feixe de raio-X ao atravessar um dado meio, devido ao espalhamento e absorção pelos átomos.
  • I = Io . e⁻ᵤ.x
  • N = No . e⁻ᵤ.x

Camada Semirredutora (CSR - X1/2)

• A espessura de um material necessária para diminuir pela metade a intensidade dos fótons de raios-X que atravesam o material:
  • x1/2 = ln2 / ᵤ.

Este artigo aborda a estrutura atômica, com foco nas partículas fundamentais e na organização dos elétrons na eletrosfera. Explicamos como os elétrons se distribuem em camadas e subníveis, seguindo a ordem crescente de energia. Detalhamos o número máximo de elétrons por camada e a regra dos 8 elétrons na camada mais externa.