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Massa e tamanhodos átomos
Subdomínio
1
1.2 Dimensões à escala atómica
A microscopia eletrónica de varrimento tem permitido observare concluir sobre a constituição dos materiais à nossa volta.
Fuligem.Menor partícula: 60 nm.Maior partícula: 130 nm.
Bebida achocolatada.Menor partícula: 300 nm.Maior partícula: 60 µm.
Pó de talco.Menor partícula: 500 nm.Maior partícula: 10 µm.
Açúcar refinado.Menor partícula: 400 nm.
Maior partícula: 2 µm.
Amido de milho.Menor partícula: 2 nm.Maior partícula: 10 µm.
A microscopia eletrónica de transmissão permite observar,embora com pouca nitidez, moléculas grandes.
Estrutura da grafite.
Utiliza-se um feixe de eletrões para bombardear a amostra, o que pode danificar as moléculas e desfocar a imagem.
A microscopia de varrimento com efeito de túnel (STM)permite observar a estrutura básica da matéria.
O microscópio possui uma agulha com a espessura de um átomo.
Essa agulha percorre a amostra, sempre a uma distância entre 5 e 10 Å.
Quando a agulha passa sobre um átomo, a corrente elétrica aumenta.
Quando a agulha passa por uma lacuna, a corrente elétrica diminui.
A ligação do circuito ao ecrã de um computador permite visualizar a estrutura da matéria.agulha
Imagens do ADN. Imagens da estrutura do silício.
O STM permite, além de observar a estrutura da matéria,manipular os átomos um a um.
Em 1989, uma empresa de informática utilizou o STM para depositar 35 átomos de xénon (Xe) sobre uma superfície:
As letras I, B e M escritas com 35 átomos de xénon (Xe).
A Boy and His Atom: The World’s Smallest Movie.(Clique na imagem para ver no Youtube.)
Em 2013, a mesma empresa publicou um filme de animação obtido a partir da manipulação de átomos sobre uma superfície,
intitulado A Boy and His Atom: The World’s Smallest Movie.
Estes grandes avanços na observação e manipulação da matéria levaram à criação de uma nova área da ciência,
a nanotecnologia.
A nanotecnologia estuda e manipula a matéria na zona de tamanhos da ordem dos nanómetros.
Procura criar novos materiais e processos com características funcionais diferentes dos materiais comuns.
A nanotecnologia apresenta um conjuntode aplicações muito diversificadas:
NANOTECNOLOGIA
Teste de ADN
Conservação de alimentos
Dessalinização da água
Sensor de luz
Identificação de animaisde estimação
Nanorrobôs
Atualmente, as aplicações da nanotecnologia podemser enquadradas em três segmentos:
NANOTECNOLOGIA
Nanoeletrónica Nanobiotecnologia Nanomateriais
Desenvolvimento em microeletrónica
e miniaturização dos circuitos que permitem
a manipulação de grandes quantidades de
informação, bem como de elevadas velocidades
de processamento.
Desenvolvimento de materiais biocompatíveis que permitem implementar novas técnicas de diagnóstico precoce
e tratamento de doenças.
Controlo da morfologia, à dimensão
nanométrica, de substâncias ou partículas para produzir materiais
nanoestruturados, o que tem um grande
interesse nas indústrias automóvel, aeronáutica
e espacial.
Considera-se que a semente que deu origem à nanotecnologiafoi uma palestra de Richard Feynman proferida em 1959.
Richard Feynman(1918-1988)
Físico americano e prémio Nobel da Física em 1965,que lançou a semente para a criação da nanotecnologia.
Nesta palestra, intitulada«Há muito espaço lá em baixo»,
Feynman fazia referência a:
«manipular e controlar coisas à escala atómica»; «arranjar os átomos da maneira que queremos».
Feynman acreditava que o átomo é a base de tudo
o que existe no Universo.
A teoria atómica atualmente aceite considera que o átomo é constituído por:
uma zona central, o núcleo, com protões e neutrões;
eletrões em movimento em torno do núcleo (nuvem eletrónica).
Núcleo
Protões carga positiva (+1)
Neutrões carga neutra (0)
Nuvem eletrónica Eletrões carga negativa (-1)
Num átomo, o número de eletrões e protões é igual.O átomo é eletricamente neutro.
Atualmente estão identificados 118 átomosde elementos químicos diferentes.
O que permite distinguir todos estes elementos é o número de protões existentes no núcleo do respetivo átomo.
Ao número de protões dá-se o nome de número atómico
(Z).
Número atómico (Z) = número de protões
Elemento químico Número atómico (Z)Número de protões
Hidrogénio (H) 1
Lítio (Li) 3
Sódio (Na) 11
Magnésio (Mg) 12
Prata (Ag) 47
Ouro (Au) 79
Ao conjunto de todas as partículas existentes no núcleo de um átomo (protões e neutrões),
dá-se o nome de número de massa (A)
Número de massa (A) = número de protões + número de neutrões
A representação simbólica de um átomo faz-se da seguinte forma:
XA
Z
Símbolo químico do elemento
Número de massa
Número atómico
Isótopos
Quando dois átomos do mesmo elemento apresentam um número de neutrões diferente, diz-se que são isótopos.
Existem, por exemplo, duas variedades estáveis de átomos de lítio:
Li6
3 Li7
3
e
Número de protões 3
Número de neutrões 3
Número de protões 3
Número de neutrões 4
Estes dois átomos são do mesmo elemento, pois têm o mesmo número de protões, mas apresentam
diferente número de neutrões.
Quando dois átomos do mesmo elemento apresentam um número de neutrões diferente, diz-se que são isótopos.
Existem, por exemplo, duas variedades estáveis de átomos de lítio:
Li6
3 Li7
3
e
Número de protões 3
Número de neutrões 3
Número de protões 3
Número de neutrões 4
Os dois átomos são isótopos do mesmo elemento.
O oxigénio apresenta três isótopos estáveis:
O16
8
Número de protões 8
Número de neutrões 8
O17
8
Número de protões 8
Número de neutrões 9
O18
8
Número de protões 8
Número de neutrões 10
O urânio também apresenta três isótopos estáveis:
U234
92
Número de protões 92
Número de neutrões 234
U235
92
Número de protões 92
Número de neutrões 235
U238
92
Número de protões 92
Número de neutrões 238
Conclusão
A nanotecnologia é a área da Ciência que se dedica à manipulação da matéria à escala atómica e molecular.
Atividade interativa
Os átomos dos diferentes elementos químicos distinguem-se pelo número de protões no núcleo número atómico (Z).
Átomos que apresentam o mesmo número de protões mas diferente número de neutrões dizem-se isótopos.
