O documento discute a estrutura atômica, incluindo o modelo de Rutherford com núcleo e elétrons orbitando, e as contribuições de Bohr para explicar o movimento dos elétrons. Também aborda a estrutura do núcleo atômico, ligação iônica e covalente na formação de moléculas, e os estados físicos da matéria.

1. ESTRUTURAS FUNDAMENTAIS
Biofísica
Prof. Carlos Frederico Rodrigues.

2. Estrutura atômica
• No século XIX, os cientistas aceitavam a idéia de que os
elementos químicos eram formados de átomos. No
entanto, além do conhecimento de que o átomo era uma
unidade extremamente pequena de matéria, quase nada
se sabia sobre sua natureza.
• A descoberta do elétron e a concepção de que todos os
átomos contêm elétrons constituíram o primeiro passo
importante para se entender a estrutura atômica. Os
elétrons possuem carga elétrica negativa, enquanto que
os próprios átomos são eletricamente neutros. Portanto,
cada átomo deve possuir matéria carregada
positivamente para contrabalançar a carga negativa de
seus elétrons.

3. Estrutura atômica
• Rutherford concebeu um modelo no qual o átomo era
constituído por um núcleo minúsculo, positivamente carregado
e rodeado pelos elétrons que giram em seu redor, semelhante
ao sistema planetário, que tem o sol como núcleo.
• A carga do núcleo deve ser positiva e igual à soma da carga
negativa dos elétrons constituintes do átomo, uma vez que o
átomo como um todo é neutro.
• Bohr observou que existia uma falha no modelo de Rutherford,
pois era esperado pela teoria eletromagnética que um elétron
numa trajetória circular, e portanto acelerado, ao redor do
núcleo, emita radiação eletromagnética. Conseqüentemente, o
movimento orbital de um elétron seria instável, porque à medida
que fosse perdendo energia deveria espiralar até cair no
núcleo. E não é isso que ocorre na realidade e portanto, a teoria
eletromagnética não se aplicava nesse caso.

4. Estrutura atômica
• Na descrição do mundo submicroscópico se fez
necessário desenvolver uma nova teoria,
denominada de quântica, para poder-se explicar os
fenômenos observados. Essa teoria será usada
para explicar o átomo de Bohr.
• O primeiro conceito quântico de Bohr afirma que
um elétron pode girar em torno de seu núcleo
indefinidamente, sem irradiar energia. Essa órbita
é chamada de órbita estacionária.
• Quando o elétron se encontra no estado mais
baixo de energia é dito que o átomo está no seu
estado fundamental.

5. Estrutura atômica
• Quando o elétron se encontra em estados superiores, diz-se
que o átomo está no estado excitado.
• Quando o átomo se encontra no estado fundamental, é
necessário uma quantidade de energia para separá-lodo átomo.
Essa energia é chamada energia de ionização do átomo de
hidrogênio.
• O segundo conceito quântico de Bohr afirma: radiação
eletromagnética é emitida ou absorvida quando o elétron faz
uma transição de uma órbita estacionária a outra. Por outro
lado, enquanto a órbita do elétron permanecer a mesma, o
átomo não perderá nem ganhará energia. Portanto, quando um
elétron passa de um nível de energia para outro, a energia
perdida ou ganha é emitida ou absorvida sob forma de um
único fóton de freqüência f.

6. A estrutura do núcleo
• O núcleo do átomo é constituído de partículas
denominadas hádrons, cujos mais familiares são os
prótons e nêutrons e serão as únicas tratadas aqui.
• Qual a força que mantém os prótons juntos no interior do
núcleo? A força que os mantém é denominada de força
nuclear ou interação forte, e é aproximadamente cem
vezes mais forte que a força eletrostática que os repele.
• Cada elemento químico tem um número específico de
prótons no núcleo, porém, o número de nêutrons pode
variar para cada elemento. Os núcleos de um dado
elemento com número diferente de nêutrons são
chamados isótopos do elemento. Estes podem ser
instáveis ou estáveis.

7. Estrutura do núcleo
• Os núcleos dos isótopos instáveis estão
em níveis energéticos excitados e podem
dar origem à emissão espontânea de uma
“partícula” , passando desse núcleo em
estado excitado para outro, em nível
energético menos excitado ou
fundamental.
• A esse fenômeno dá-se o nome de
desintegração ou decaimento nuclear (ou
radioativo). Os isótopos instáveis são
portanto radioativos, e conhecidos como
radioisótopos.

8. Decaímento radioativo.
• Uma fonte radioativa contém muitos átomos e não
há modo de dizer quando um dado núcleo irá se
desintegrar.
• Em média, pode-se predizer que após um dado
intervalo de tempo, chamado meia-vida ( T1/2 ),
metade dos núcleos ( ou dos átomos) terão se
desintegrado. Na próxima meia-vida, metade dos
átomos remanescente irá sofrer desintegração e
assim sucessivamente.
• Cada radioisótopo tem uma meia vida
característica que pode variar de segundos a
muitos milhões de anos.

9. Estrutura da matéria.
• Átomos podem em condições adequadas de energia se unir para formar as
moléculas. Essas moléculas têm características próprias e diferentes dos
átomos que as constituem.
• Os átomos podem se ligar para formar moléculas através de vários tipos de
ligações. São elas iônicas, covalentes , pontes de hidrogênio, por forças de
Van der Waals e hidrofóbicas.
• Um exemplo de iônica é a formação da molécula de cloreto de potássio KCl.
• Uma ligação covalente é caracterizada pelo compartilhamento de elétrons por
dois átomos. Um exemplo, é a formação de uma molécula de Cl2 a partir de
dois átomos de cloro.
• Nas pontes de hidrogênio um átomo de hidrogênio é compartilhado por dois
átomos .
• Quando dois átomos se encontram muito próximos podem interagir, por
ligações fracas, devido às suas cargas elétricas flutuantes (a carga líquida do
átomo é nula). A força que realiza esta interação é denominada força de Van
der Waals.

10. Estados físicos da matéria.
• Uma coleção de moléculas pode existir tanto no estado
sólido, como no líquido ou gasoso, dependendo da
grandeza das interações intermoleculares e da energia
cinética média por molécula ou seja da temperatura.
• A uma temperatura mais alta (ponto de ebulição), a maioria
das moléculas tem energia suficiente para livrar-se
completamente das forças intermoleculares, caracterizando
o estado gasoso.
• Mesmo a temperaturas abaixo do ponto de ebulição as
moléculas perto da superfície do líquido ocasionalmente
armazenam energia acima da energia cinética média e
escapam da superfície. Este processo, chama-se de
evaporação.