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Capítulo 6

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1 Estrutura do átomo Radiações c○Leonor Cruzeiro Um físico famoso, chamado Richard Feynman, disse que se tivesse de condensar os conhecimentos que tinha da física numa frase diria que a matéria é constituída por átomos em constante agitação, porque grande parte da Física se pode deduzir deste pressuposto. Aqui vamo-nos concentrar nas propriedades destes constituintes, enquanto entidades independentes. Os átomos são sistemas de carga nula, constituídos por núcleos, à volta dos quais gravitam electrões. Enquanto a dimensão dos átomos é da ordem de 1 ˚A, os núcleos são 100,000 vezes mais pequenos. A maior parte do espaço ocupado pelos átomos é vazio! Apesar da reduzida dimensão dos núcleos, a massa dos átomos é essencialmente devida à massa dos núcleos. Os núcleos atómicos são constituídos por protões e neutrões, os primeiros dos quais têm carga positiva e os segundos dos quais são neutros. Se as interacções entre estes elementos dos núcleos fosse apenas electromagnética, todos os núcleos seriam instáveis, porque os protões repelemse. A estabilidade dos núcleos deve-se a um outro tipo de força que só se manifesta a distâncias muito curtas, chamada a força forte. Esta força é atractiva e às distâncias a que os núcleões se encontram uns dos outros dentro do núcleo atómico, é muito maior que a força electromagnética. A relação entre a massa e energia de Einstein diz-nos que: E = m c 2 onde E é a energia do sistema, m é a sua massa e c é a velocidade da luz no vácuo. Pode obter-se uma medida da interacção forte entre os nucleões calculando a diferença entre a massa de um núcleo e a soma das massas dos seus constituintes. Consideremos um isótopo do hidrogénio chamado deuterão, que é constituído apenas por um protão e um neutrão. A soma das massas dos seus constituintes é: mp + mn = 1.007825 + 1.008665 = 2.016490 u (2) em unidades de massa atómica, u (u = 1/12 do peso de um átomo de carbono 12). Por outro lado, a massa do deuterão é 2.014102 u. De acordo com a relação de Einstein, esta diferença de massa é devida a uma interacção forte atractiva entre o protão e o neutrão igual a: EB = (2.016490 − 2.014102) × c 2 = 2.224MeV (3) 1 (1)

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