Interações Atômicas e Moleculares

Por que o Lego é o brinquedo mais genial do mundo? 

É fácil construir coisas com as peças do Lego, pensou (Sofia). Embora elas sejam de diferentes tamanhos e formas, todas podem ser combinadas entre si. Além disso, elas são inquebráveis. Sofia não conseguia lembrar-se de um dia ter visto uma única peça de Lego quebrada. Todas pareciam tão novas quanto no dia em que as ganhou de presente, há muitos anos. E o mais importante: com as peças de Lego ela podia construir qualquer coisa, depois podia desmontar tudo e então construir outra coisa, completamente diferente. 

O que mais se podia exigir de um brinquedo? Sofia chegou à conclusão de que as peças de Lego realmente podiam ser chamadas de o brinquedo mais genial do mundo. 

[...] 

Demócrito achava que existia na natureza uma infinidade de átomos diferentes: alguns arredondados e lisos, outros irregulares e retorcidos. E precisamente porque suas formas eram tão irregulares é que eles podiam ser combinados para dar origem a corpos os mais diversos. Independentemente, porém, do número de átomos e de sua diversidade, todos eles seriam eternos, imutáveis e indivisíveis. 

Se um corpo — por exemplo, de uma árvore ou de um animal — morre e se decompõe, seus átomos se espalham e podem ser reaproveitados para dar origem a outros corpos. Pois se é verdade que os átomos se movimentam no espaço, também é verdade que eles possuem diferentes "ganchos" e "engates" e podem ser novamente reaproveitados na composição de outras coisas que vemos ao nosso redor. 

E agora acho que você não tem mais dúvida sobre o que eu queria dizer com as peças de Lego, não é? Elas possuem aproximadamente todas as características que Demócrito descreveu para os átomos. E é exatamente por isso que se prestam tão bem à construção de qualquer coisa. Em primeiro lugar, são indivisíveis. Em segundo, diferem entre si na forma e no tamanho, são compactas e impermeáveis. Além disso, as peças de Lego possuem ganchos e engates, por assim dizer, o que permite que sejam combinadas na construção de todo tipo de figura. Tais ligações podem ser desfeitas para que as mesmas peças possam ser reaproveitadas na construção de novos objetos. 

[...] 

Hoje em dia podemos dizer que a teoria atômica de Demócrito estava quase perfeita. De fato, a natureza é composta de diferentes átomos, que se ligam a outros para depois se separarem novamente. Um átomo de hidrogênio presente numa célula da pontinha do meu nariz pode ter pertencido um dia à tromba de um elefante. Um átomo de carbono que está hoje no músculo do meu coração provavelmente esteve um dia na cauda de um dinossauro. 

Fonte: Gaarder. J. O mundo de Sofia. Sâo Paulo: 

Companhia das Letras. 1995. p. 56-8.

Ligações e Funções Químicas - 9º Ano

Ligações Químicas

INTRODUÇÃO

Você já verificou que alguns materiais são sólidos (o carvão); outros, líquidos (a água) e outros, gasosos (o ar); alguns são duros (granito) e outros moles (cera); alguns conduzem a corrente elétrica (metais), outros não (borracha); alguns quebram-se facilmente (vidro), outros não (aço), e assim por diante. Por que existe essa grande diferença de propriedades entre os materiais que conhecemos? Isso se deve, em grande parte, às ligações existentes entre os átomos (ligações químicas) e à arrumação espacial que daí decorre (estrutura geométrica do material). É o que vamos estudar neste capítulo e no seguinte.

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Capítulo 01 - Elétrons e Ligações

Tópico 1.1 - Introdução

Desde o seu surgimento, nas duas primeiras décadas do século XX, a Mecânica Quântica é considerada como a teoria que melhor descreve o comportamento de partículas subatômicas. Os aspectos mais relevantes (para os nossos objetivos) do fato de serem os elétrons partículas quânticas, são resumidos abaixo:

1. A principal característica da mecânica quântica é a quantização (1) das energias que um elétron pode ter. Isto é, um elétron pode ter somente certas energias e não pode ter qualquer energia entre esses valores permitidos. Se um elétron variar a sua energia, ele deve dar um salto quântico para outro nível de energia permitido. O elétron pode saltar para um nível de energia mais alto pela absorção de energia radiante, ou para um nível de energia mais baixo pela emissão de energia radiante. (Veja animação na Figura 1.a). A freqüência da energia emitida ou absorvida é dada pela Eq. (1.1), chamada de equação de Einstein 

(1.1)

em que h é a constante de Planck, é a energia após o salto e é a energia antes do salto. negativo significa que a energia é emitida.

2. Uma segunda característica da mecânica quântica, o princípio de exclusão de Pauli, estabelece que no máximo dois elétrons podem ocupar o mesmo nível de energia e eles devem ter spins (2) opostos. Então, para qualquer átomo maior do que o hélio (He), os elé­trons não podem estar todos no nível mais baixo de energia, mas apenas dois, e todos os outros devem ocupar níveis de energia mais elevados. Como será visto nos próximos Tópicos, é a quantização das energias dos elétrons - juntamente com o princípio da exclusão - a responsável pelas diferentes tendências de ligação entre os elementos.

3. O Princípio da Incerteza de Heisenberg é o terceiro aspecto da teoria da Mecânica Quântica, particularmente importante para podermos interpretar os resultados obtidos com o emprego da Mecânica Quântica; a validade do princípio da incerteza nos impede de descrever completamente o movimento dos elétrons. O princípio, inicialmente formulado por Heisenberg, estabelece que não se pode medir com precisão ilimitada todas as quantidades que descrevem o movimento de uma partícula. Para o caso da quantidade de movimento e a posição da partícula, a limitação é: 

(1.2) 

para cada uma das coordenadas cartesianas, onde é a incerteza na quantidade de movimento, é a incerteza na posição e h é a constante de Planck. Para o caso da energia e tempo, a limitação é: 

(1.3) 

Como a constante de Planck é muito pequena (), essas incertezas impõem limitações ao conhecimento simultâneo da velocidade e da posição de partículas subatômicas como os elétrons, sem que essas limitações afetem nossas observações de objetos muito maiores. 

Figura 1.a - A seqüência de transição entre os diferentes níveis de energia de um átomo.

Notas:

(1) Quantum(Latim): quantia, quantidade. Quanta é o plural de quantum.
(2) Spin (em inglês "to spin", girar): número quântico spin() é o quarto número quântico (1-principal(n),2-azimutal(l),3-magnético() (Veja o próximo tópico, 1.2., Números Quânticos) e fornece informações sobre o momento angular do elétron.