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Massa e tamanhodos átomos
Subdomínio
1
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1.2 Dimensões à escala atómica
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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Isótopos
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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.
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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.
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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
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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.