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Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Estrutura do átomo

Estrutura do átomo

A base de tudo relacionado à energia nuclear decorre do átomo, desde que a tecnologia nuclear é baseada na utilização de energia interna nos átomos. Portanto, para entender as reações como nucleares ( fissão nuclear nuclear ou fusão) produzidos deve entender como ele está estruturado átomo.

Um átomo é a menor unidade constituinte da matéria comum que possui as propriedades de um elemento químico.

O átomo é composto de um núcleo e um ou mais elétrons ligados ao núcleo. O núcleo é feito de um ou mais prótons e, tipicamente, um número similar de nêutronsprótons e nêutrons são chamados de núcleons.

Os prótons do núcleo atômico são unidos por ligações muito fortes, nas quais uma grande quantidade de energia é gerada quando é quebrada ou gerada. A energia nuclear é baseada na criação ou quebra desses links.

Partículas subatômicas

A origem da palavra átomo vem do grego e significa indivisível. A concepção de indivisível vem da antiguidade quando se acreditava que o átomo era o menor elemento que poderia existir. No entanto, sabemos agora que o átomo é composto de partículas ainda menores: partículas sub atômicas.

O átomo contém prótons, nêutrons e elétrons, com exceção do hidrogênio-1 e do cátion de hidrogênio. Neste caso, o hidrogênio-1 não contém nêutrons e o cátion hidrogênio ou hidrônio não contém elétrons. Os prótons e nêutrons do átomo são chamados de núcleons, porque fazem parte do núcleo atômico.

Orbitando os elétrons. O elétron é a partícula mais leve de quantos compõem o átomo. Tem uma carga elétrica negativa, cuja magnitude é definida como a carga elétrica elementar, e é ignorada se tiver subestrutura, por isso é considerada uma partícula elementar. A massa de um próton é 1836 vezes maior que a massa do elétron. A carga do próton é positiva. O nêutron tem uma massa 1839 vezes a massa do elétron. O nêutron tem uma carga elétrica neutra (nem positiva nem negativa).

Massa de elétrons: 9,11 · 10 -31 kg 
Massa de um próton: 1,67 · 10 -27 kg 
Massa de um nêutron: 1,69 · 10 -27 kg

O próton e o nêutron não são partículas elementares, mas são um composto de outras partículas chamadas quarks. Partículas subatômicas constituem um estado ligado de quarks u e d. Um próton contém dois quarks u e um quark d, enquanto o nêutron contém dois de um, consistente com a carga de ambos. Os quarks são mantidos juntos pela força nuclear forte, mediada por glúons. Além dessas partículas, existem outras partículas subatômicas no modelo padrão: mais tipos de quarks, léptons carregados (similares ao elétron), etc.

Um quark é uma partícula fundamental coletada no modelo padrão da física de partículas. Os quarks têm cargas elétricas iguais a +2/3 e -1/3 respectivamente, com relação à carga elementar.

O núcleo atômico

O núcleo atômico é a parte central do átomo que é composto de núcleons unidos. O nucleon é um componente de partícula subatômica do núcleo, isto é, um próton ou um nêutron. O número de massa de um átomo é o número de núcleons em seu núcleo atômico.

O volume do núcleo é aproximadamente proporcional ao número total de núcleons, o número de massa. Os núcleons são mantidos juntos pela força nuclear, que é muito mais intensa que a força eletromagnética a curtas distâncias, o que permite superar a repulsão elétrica entre os prótons.

Um átomo é constituído por um núcleo central muito denso, que contém prótons e nêutrons, e por elétrons que se movem ao redor do núcleo a uma distância relativamente grande.

Os átomos do mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, que é chamado de número atômico e é representado por Z. Os átomos de um dado elemento podem ter um número diferente de nêutrons: eles são então chamados de isótopos. A ação de enriquecimento de urânio envolve a modificação do número de nêutrons em um átomo de urânio para obter um isótopo mais instável para favorecer reações em cadeia de fissão nuclear. Ambos os números juntos determinam o nuclídeo.

O núcleo atômico pode ser alterado por processos muito energéticos em comparação com reações químicas. Núcleos instáveis, como o urânio e o plutônio usados ​​como combustível nuclear, sofrem desintegrações que podem alterar seu número de prótons e nêutrons emitindo radiação. Um núcleo pesado pode ser fissionado em outros núcleos mais leves em uma reação nuclear ou espontaneamente. Por meio de uma quantidade suficiente de energia, dois ou mais núcleos podem se fundir em um mais pesado, neste caso, seria uma reação de fusão nuclear.

Em átomos com um número atômico baixo, os núcleos com uma quantidade diferente de prótons e nêutrons tendem a se desintegrar em núcleos com proporções mais uniformes e uniformes. Entretanto, para valores mais altos do número atômico, a repulsão mútua dos prótons requer uma proporção maior de nêutrons para estabilizar o núcleo.

Nuvem eletrônica

O elétron é uma partícula elementar estável com a menor carga negativa que existe na natureza. Essa carga é chamada de carga elementar, uma vez que qualquer carga elétrica separável é composta de um número inteiro delas.

Os elétrons, de sinal negativo, são atraídos pelos prótons, de sinal positivo no átomo através da força eletromagnética. Devido a essa força eletromagnética, é necessária uma fonte de energia externa para liberá-las. Quanto mais próximo um elétron estiver do núcleo, maior a força atrativa e maior a energia necessária para escapar.

Elétrons tendem a formar um certo tipo de onda estacionária ao redor do núcleo atômico. Cada uma dessas ondas é caracterizada por um orbital atômico, uma função matemática que descreve a probabilidade de encontrar o elétron em cada ponto no espaço. O conjunto desses orbitais é discreto, isto é, pode ser enumerado, como é apropriado em qualquer sistema quântico. A nuvem de elétrons é a região ocupada por essas ondas, visualizada como uma densidade de carga negativa ao redor do núcleo.

Cada orbital corresponde a um possível valor de energia para os elétrons, que são distribuídos entre eles. O princípio da exclusão de Pauli proíbe que mais de dois elétrons estejam no mesmo orbital. Transições entre diferentes níveis de energia podem ocorrer: se um elétron absorve um fóton com energia suficiente, ele pode pular para um nível mais alto; também de um nível mais alto você pode acabar em um nível mais baixo, irradiando o resto da energia em um fóton. As energias dadas pelas diferenças entre os valores desses níveis são aquelas observadas nas linhas espectrais do átomo.

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Última revisão: 14 de março de 2019