A Ciência atua do muito pequeno ao muito grande.

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sexta-feira, 30 de abril de 2010

Os Estados Quânticos







Os cientistas, na década de 1910, chegaram a estranhas conclusões a respeito do comportamento dos elétrons (partículas subatômicas que giram em torno do núcleo atômico). Não pode-se, por exemplo, determinar a posição e a velocidade de um elétron em um determinado instante, porém, teremos uma probabilidade P de encontrar o elétron em uma determinada posição com uma determinada velocidade. Essa propriedade foi descoberta pelo grande físico alemão Werner Karl Heisenberg (1901-1976) e pode ser conhecida como Princípio de Heisenberg ou Princípio da Incerteza. Embora possuam massa e carga elétrica, as propriedades dos elétrons são a de uma nuvem de carga negativa, concentrada em alguns pontos e rarefeita em outros. No entanto, podem-se construir modelos, isto é, imaginar a forma como eles estão dispostos e, a partir daí, verificar se o modelo construído está de acordo com os dados empíricos. Assim, do conhecimento de que os elétrons estão presos ao átomo, conclui-se que eles devem possuir energia, pois é necessário fornecê-la, para retirá-los de sua respectiva órbita ou do próprio átomo. Experiências realizadas evidenciaram que a energia não é a mesma para todos os elétrons de um átomo, e que há certos valores que eles não podem ter: os elétrons ocupam níveis energéticos distintos. Isso significa que um elétron não passa de um nível de energia percorrendo valores intermediários, como um veículo automotivo, que, dos 60 km/h aos 70 km/h, deve necessariamente passar pelos 61,62,63,64,65, etc. Esses níveis de energia são quantidades descontínuas ou discretas - os chamamos de estados quânticos dos elétrons.

Dessa forma, é possível imaginar os elétrons dispostos em camadas, cada uma delas correspondente a um nível, um estado quântico. Para ajustar esse modelo a dados obtidos experimentalmente, o grande físico austríaco Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958) postulou que um mesmo estado quântico não pode ser ocupado por mais de um elétron. Essa princípio ficou conhecido como Princípio da Exclusão de Pauli. Por isso, o comportamento global de um corpo é altamente influenciado pelo que acontece com os elétrons da última camada eletrônica (também conhecida como camada de valência). É o que ocorre com as propriedades químicas das substâncias: quando um elemento é composto por átomos com camadas inteiramente preenchidas, torna-se muito estável, a ponto de sua afinidade química é tão baixa que praticamente não reage; é o ocorre com os chamados gases inertes ou gases nobres, que são respectivamente o hélio (He), o neônio (Ne), o argônio (Ar), o xenônio (Xe), o criptônio (Kr) e o radônio (Rn).

Quando a última camada a ser preenchida dispõe de apenas um elétron, este confere à substância caráter fortemente metálico. É o que acontece nos metais alcalinos, respectivamente o lítio (Li), o sódio (Na), o potássio (K), o rubídio (Rb) e o césio (Cs). Nos halogêneos, como flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I), ocorre o contrário: são sete os elétrons da última camada em cada átomo, que está assim quase completa. Dessa forma é mais fácil a um metal alcalino perder elétron do que ganhar outro. Exatamente o oposto ocorre no caso do halogêneo, que é um não-metal (ou ametal). De qualquer forma, qualquer átomo apresenta-se eletricamente neutro: a carga negativa (dos elétrons) tem o mesmo valor que a positiva (dos prótons). Quando perde um de seus elétrons, o átomo fica ionizado: transforma-se em um íon positivo (os chamados cátions). A ionização (isto é, o desequilíbrio entre cargas positivas e negativas em um átomo) também pode ocorrer de maneira inversa, como acontece com os halogêneos: o átomo recebe um elétron, que completará sua última camada, tornando-se assim um íon negativo (os chamados ânions).



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