Átomos - Introdução
A humanidade sempre se perguntou do que era feito um corpo ou um objeto. A pergunta faz sentido, pois podemos pegar um grão de areia, por exemplo, e dividi-lo quantas vezes quisermos, e ele ainda continuará como um grão de areia. Qual é então, a unidade básica que forma todas as coisas?
Antes, responda à seguinte pergunta - do que seu corpo é feito? Você poderá responder que ele é composto de diferentes órgãos - como o coração, o estômago, os olhos - que trabalham em conjunto, para manter o seu corpo em funcionamento.
Poderá também usar uma “Lupa” e aumentar a imagem a tal ponto que, você verá que seu corpo é composto por elementos bem menores que são as células.
Continue aumentando a imagem e verá que as células são compostas de moléculas
Se fosse possível aumentar mais e mais a imagem, seu corpo - e de fato, tudo que existe - é composto de átomos. Somente no início do século passado, os cientistas responderam à pergunta “Qual é a unidade básica que forma todas as coisas?” Os átomos.
Elementos e Matéria
Elementos - Toda a matéria é constituída por substâncias chamadas elementos, que possuem propriedades químicas e físicas específicas e não podem ser divididas em outras substâncias.
O Hidrogênio por exemplo, é um elemento, e o Oxigênio outro. Cada elemento é designado por seu símbolo químico, que é uma letra maiúscula única ou, quando a primeira letra já "existe" para outro elemento, uma combinação de duas letras. No exemplo acima temos H para Hidrogênio e O para Oxigênio.
Matéria – A matéria e composta por um elemento ou pela combinação de vários elementos. No caso acima, 2 átomos de Hidrogênio e 1 de Oxigênio formam a água, representada por (formula química) H2O
Átomos - Módulo 1.1
Eletrônica Analógica
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Estrutura de átomo Introdução
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Elétrons e Prótons
A estrutura do átomo
Um átomo é a menor unidade de matéria, como foi visto.
No caso da água, por exemplo, podemos separa o Oxigênio do Hidrogênio, mas não há como dividir, ainda mais, nenhum dos dois elementos sozinhos.
Um átomo é composto por duas regiões. O primeiro é o pequeno núcleo atômico, que está no centro do átomo e contém partículas carregadas positivamente chamadas prótons e partículas neutras, não carregadas, chamadas nêutrons. A segunda região, muito maior, é composta por órbitas, ou camadas, nas quais orbitam os elétrons, partículas carregadas negativamente (Figura 1)
Para o nosso estudo, isso é tudo o que precisamos saber sobre os átomos, ressaltando porém, que o modelo apresentado na figura 1, é o que melhor mostra didaticamente o átomo, tanto para o estudo da eletrônica quanto de química, no entanto, sabe-se hoje que os elétrons, não orbitam o núcleo, mas formam uma nuvem ao redor dele e, que dentro do núcleo, existem muitas outras partículas, além do Próton e do Nêutron.
Íons e condutividade
Átomos possuem carga neutra (número de elétrons é igual ao número de prótons), no entanto, sob certas condições podem se tornar em:
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Íons positivos – O átomo perdeu elétrons, portanto sua carga predominante é positiva - mais prótons de que elétrons.
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Íons negativos – O átomo ganhou elétrons, portanto sua carga predominante é negativa - menos prótons de que elétrons.
Quanto maior o número de elétrons livres, maior será a sua condutividade, ou em outras palavras, sua capacidade de conduzir corrente elétrica.
Elétrons e Prótons
Os elétrons orbitam em camadas em torno do núcleo. O átomo de Hidrogênio como só tem 1 elétron, precisa de uma só camada, já o átomo de Oxigênio com 5 elétrons precisa de duas camadas (Figura 2). Isso acontece porque cada camada tem um número máximo de elétrons obedecendo a uma determinada regra, e há ao todo, 7 camadas possíveis.
Num átomo estável o número de elétrons é igual ao número de prótons (Figura 2). Isso configura um átomo estável (chamado de balanceado), que é a condição normal, em que o átomo costuma se encontrar.
Elétron de Valência
No entanto, sob certas condições, um elétron (chamado de elétron livre ou elétron de valência) pode se “soltar” da última órbita e se deslocar em direção a outro átomo instável que esteja “precisando” de um elétron. Átomos instáveis são chamados de Íons
Somente os elétrons da última camada, possuem a liberdade de participarem de fenômenos químicos ou elétricos, além disso, somente alguns elementos têm essa propriedade. Ver figura 3.
Só os elétrons se deslocam, os prótons ficam quietinhos no núcleo.
Íons e condutividade
Átomos possuem carga neutra (número de elétrons é igual ao número de prótons), no entanto, sob certas condições podem se tornar em:
-
Íons positivos – O átomo perdeu elétrons, portanto sua carga predominante é positiva - mais prótons de que elétrons.
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Íons negativos – O átomo ganhou elétrons, portanto sua carga predominante é negativa - menos prótons de que elétrons.
Quanto maior o número de elétrons livres, maior será a sua condutividade, ou em outras palavras, sua capacidade de conduzir corrente elétrica.
Tipos de Materiais
Podemos dividi-los em três tipos:
Materiais Condutores
É aquele formado por elementos (como ferro, cobre), nos quais os elétrons fluem (corrente elétrica) com facilidade.
Em geral os metais são bons condutores (figura 4)
Quanto maior a corrente elétrica (veremos isso na seção seguinte), mais grosso deverá ser o fio, por isso, temos fios de vários diâmetros.
Materiais Isolantes
É aquele formado por elementos, ou materiais (como borracha, vidro, cerâmica), nos quais os elétrons têm dificuldade em fluir.
Isolantes não possuem elétrons livres, portanto não conduzem. São usados justamente, onde não se quer que haja corrente elétrica. O isolante em um fio elétrico comum, é necessário para não se levar choque.
Para altas tensões, um tipo de isolante muito usado é a cerâmica, como observado na figura 5.
São projetados, para que suportem com folga as grandes tensões e, não permitam que o campo elétrico gerado, provoque descargas (faíscas) entre os fios e a torre de metal. Esses isolantes devem também ser resistentes, de tal maneira que suportem o peso dos fios.
Materiais Semicondutores
É um tipo de material que fica entre os dois tipos de material descritos acima.
São fundamentais na eletrônica atual.
Os elementos Silício e Germânio, são semicondutores, usados na fabricação de Circuitos Integrados (Chips), transistores, diodos, etc.
Na figura 6
Todos esses tipos de componentes (Diodos, transistores e muitos outros) usam Silício (eventualmente Germânio) em seu processo de fabricação. Sem eles, não haveria a moderna indústria eletrônica. No curso, estudaremos em detalhes, esses componentes.
Carga elétrica – simbolizada por Q
A carga elétrica de um elétron e a de um próton são iguais em valor (magnitude), mas opostas em sinal.
A carga elétrica é uma propriedade elétrica da matéria.
Por exemplo, se um material possui mais prótons do que elétrons, dizemos que ele está positivamente carregado (lembre-se que prótons são positivos, elétrons negativos), caso contrário, estará negativamente carregado.
A eletricidade estática, é quando um material está carregado positivo ou negativamente. Essa eletricidade estática se apresenta de forma invisível, mas, pode-se tornar visível quando, por exemplo, nos aproximamos desse material, e os nossos cabelos, são puxados de forma “fantasmagórica”. Pesquise na Internet e você verá vários vídeos demonstrando isso.
Propriedades da Carga elétrica
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Cargas de polaridade oposta são atraídos uns pelos outros;
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Cargas de mesma polaridade são repelidas, Figura 7.
