Partículas subatômicas e suas características - Ciência - 2023

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Partículas subatômicas e suas características - Ciência
Partículas subatômicas e suas características - Ciência

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As partículas subatômicas Eles são menores que o átomo e são encontrados na natureza, quase todos fazendo parte dela. Conhecemos bem os principais e mais estáveis, que são o elétron, o próton e o nêutron.

Toda a matéria é composta por essas partículas, embora existam outras, embora sua existência tenha sido ignorada por muito tempo. Os primeiros modelos atômicos, datados de alguns séculos antes de Cristo, supunham que os átomos eram indivisíveis, algo como mármores que, combinados de uma certa forma, davam origem aos diversos elementos.

Quando se soube que não era assim, graças às descobertas do elétron no século 19 e do núcleo atômico no início do século 20, os cientistas se perguntaram se essas partículas teriam uma estrutura interna.


Descobriu-se que sim, tanto o próton quanto o nêutron são partículas compostas por outras ainda menores, que não têm estrutura interna: são partículas elementares.

É por isso que as partículas subatômicas são divididas em:

  • Partículas compostas.
  • Partículas elementares.

As partículas elementares são quarks, glúons e léptons. Os quarks e glúons constituem os prótons e nêutrons, enquanto o elétron, uma partícula elementar, é um leptão.

Descoberta de partículas subatômicas

As descobertas de partículas subatômicas começaram no século 19 e a primeira a ser encontrada foi o elétron.

Em 1890, os físicos estavam muito ocupados estudando a radiação e a transmissão de ondas eletromagnéticas. J. J. Thomson foi um deles, e ele fez vários experimentos com um tubo que havia sido removido com ar e um par de eletrodos colocados.

Quando uma voltagem foi aplicada, raios misteriosos foram produzidos, chamados de raios catódicos, cuja natureza era desconhecida, até que J. J. Thomson (1856-1940) descobriu que eles consistiam em um fluxo de partículas carregadas negativamente.


Thomson obteve o quociente entre a carga e a massa dessas partículas: 1,76 x 108 C / g, onde C significa coulomb, a unidade de carga elétrica no Sistema Internacional de Unidades eg é o grama.

E ele descobriu duas coisas muito importantes, a primeira que a massa das partículas era extremamente pequena, e a segunda, que esse valor era o mesmo para todas elas, não importando do que os eletrodos eram feitos.

O valor da cobrança foi apurado pouco depois, no início dos anos 1900, pelo físico americano Robert Millikan (1868-1953) e seus colaboradores, graças ao experimento dea gota de óleo.

O núcleo atômico: prótons e nêutrons

No final do século XIX, Henri Becquerel (1852-1908) havia descoberto o fenômeno da radioatividade natural, que intrigou outros físicos como os cônjuges Marie e Pierre Curie, além do neozelandês Ernest Rutherford.


Este último encontrou três tipos diferentes de radiação em amostras de urânio, um conhecido elemento radioativo. Ele as batizou com o nome das três primeiras letras do alfabeto grego: α, β e γ.

Experimentos de dispersão de Rutherford

Usando partículas α altamente energéticas e carregadas positivamente, Rutherford bombardeou finas folhas de ouro e descobriu que, como esperado, a maioria das partículas α passou pelas folhas sem problemas.

Mas, curiosamente, uma pequena fração das partículas foi desviada e algumas até saltaram na direção oposta. O último era inimaginável, pois, como Rutherford afirmou, era como atirar com um rifle em um lenço fino e ver as balas retornarem.

O motivo pelo qual as partículas α se desviam é que há algo dentro da folha que as repele e, portanto, deve estar carregada positivamente. É o núcleo atômico, minúsculo em tamanho, mas contendo quase toda a massa do átomo.

A descoberta do nêutron

O nêutron demorou um pouco mais para ser encontrado e ficou a cargo do físico inglês James Chadwick (1891-1974), aluno de Rutherford. O próprio Rutherford havia proposto a existência de uma partícula sem carga no núcleo, para explicar por que ela não se desintegra devido à repulsão eletrostática.

Os experimentos de Chadwick revelaram em 1932 a existência de uma partícula de massa muito semelhante à do próton, mas sem carga. Por isso o chamaram de nêutron e, junto com o próton, são os componentes essenciais do núcleo atômico.

As principais partículas subatômicas

Em geral, as partículas subatômicas são caracterizadas por ter:

  • Massa.
  • Carga elétrica.
  • Girar.

Spin é uma qualidade análoga à rotação em torno do eixo, mas inteiramente quântica por natureza. E por outro lado, existem partículas com carga e massa 0, como o fóton.

Elétron

O elétron é uma partícula subatômica estável, carregada negativamente e pertencente ao grupo dos léptons, sendo a de menor massa. É uma parte essencial do átomo, porém pode existir isolado dele, na forma de elétrons livres.

Na verdade, é a menor carga elétrica que pode ser encontrada na natureza, então qualquer outra carga é um múltiplo da do elétron, de acordo com o princípio da quantização de carga.

Suas principais características são:

  • Massa: 9,1 x 10-31 kg
  • Carga: e = -1,6 x 10-19 C
  • Spin: ± ½
  • Antipartícula: pósitron.

O elétron é responsável pela formação de ligações químicas, bem como pela condução elétrica e térmica. E graças à mecânica quântica, sabemos que o elétron tem um comportamento dual: onda e partícula ao mesmo tempo.

Próton

É uma partícula carregada eletricamente, cuja carga tem a mesma magnitude que a do elétron, mas com o sinal oposto.

O próton não é uma partícula elementar como o elétron, mas é composto de três quarks unidos por glúons e é muito mais massivo que o elétron.

Ao contrário disso, o próton está confinado ao núcleo atômico, e sua quantidade determina qual elemento ele é, assim como suas propriedades.

  • Massa: 1.672 x 10-27 kg
  • Cobrança: e = +1,6 x 10-19 C
  • Spin: ½
  • Antipartícula: antipróton.

Nêutron

O nêutron junto com o próton compõe o núcleo atômico e também é formado por três quarks: dois do tipo baixa e único acima.

  • Massa: 1.675 x 10-27 kg
  • Sem cobrança líquida.
  • Spin: ½.

É uma partícula estável dentro do núcleo atômico, mas como uma partícula livre decai com uma meia-vida de aproximadamente 10,3 minutos. Sua massa é pouco maior que a do próton e, como dissemos, não tem carga líquida.

O número de nêutrons em um átomo é importante porque, embora não determine a natureza do elemento, como o faz o próton, ele determina a classe do isótopo.

Os isótopos de um elemento são variantes dele e seu comportamento pode ser bastante diferente um do outro. Existem estáveis ​​e instáveis, por exemplo, o hidrogênio tem deutério e trítio como isótopos.

Ao bombardear os átomos de certos compostos de urânio e plutônio com nêutrons, o núcleo se divide e se decompõe em partículas. A reação em cadeia nuclear que ocorre é capaz de emitir uma grande quantidade de energia.

Quarks

Eles são os constituintes dos prótons e nêutrons. Até o momento, foram encontrados 6 tipos de quarks, mas nenhum como partícula livre, mas sim associados para formar outras partículas compostas.

A evidência de sua existência foi obtida por meio de experimentos realizados desde a década de 1960, com o acelerador linear de Stanford e posteriormente no CERN.

  • Carga: + 2 / 3e, -1 / 3e
  • Spin: ½
  • Antipartícula: antiquark.

Outras partículas

A partir de 1930, seguiram-se as descobertas de novas partículas, muitas previstas pela teoria. O modelo padrão de partículas contempla a existência de 17 tipos fundamentais de partículas, entre quarks, leptons, bósons e o bóson de Higgs.

Também possuem suas respectivas antipartículas, que ao interagirem, se aniquilam, gerando novas partículas. Aqui estão alguns deles:

-Positron, idêntico ao elétron, mas com carga positiva.

-Neutrino, sem custos.

-Méson.

-Bosones, que são os portadores de interações fundamentais, exceto a gravidade.

-O bóson de Higgs, responsável pela massa.

-Graviton, é uma partícula proposta para explicar a gravidade, mas ainda não há evidências de que exista.

Referências

  1. Chang, R. 2013. Chemistry. 11º. Edição. Mc Graw Hill Education.
  2. Cobian, J. The Standard Model of Particles. Recuperado de: sne.es.
  3. Fernández de Sala, P. Partículas elementares, partículas compostas e partículas virtuais. Recuperado de: ific.uv.es.
  4. Giambattista, A. 2010. Física. 2ª Ed. McGraw Hill.
  5. Olmo, M. Protons and neutrons. Recuperado de: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.