Neste post vamos estudar assuntos muito importantes para o estudo da electrónica.
A matéria, os átomos, as moléculas, os corpos simples e compostos e ainda os principais grupos da tabela periódica, são alguns dos assuntos que serão abordados neste artigo.

MATÉRIA, ÁTOMOS E MOLÉCULAS:

Tudo aquilo que nos rodeia e ocupa um certo espaço tem o nome de matéria.

A parte mais pequena da matéria, que contém as mesmas características da mesma matéria tem o nome de molécula. Mas esta molécula, é possível de ser ainda mais dividida em constituintes mais pequenos os quais têm características bem diferentes da própria matéria. Estes constituintes recebem o nome de átomos, palavra grega que significa “não divisível”. Esta palavra deixou de ser apropriada já que hoje em dia consegue-se dividir os átomos em partículas ainda mais pequenas.

Exemplo: a água é a matéria que é formada por moléculas. As moléculas de água são por sua vez formadas por três átomos. Dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio.

Molécula de água constituída por dois átomos de oxigéno e um átomo de hidrogénio

ESTADO SÓLIDO, ESTADO LÍQUIDO E ESTADO GASOSO DA MATÉRIA:

A matéria pode estar em 3 estados. No estado sólido, estado liquido e estado gasoso.

No estado sólido os corpos têm sempre um volume determinado e uma forma determinada, como é o caso de uma pedra ou de uma cadeira.

No estado líquido o volume também é determinável mas a forma é indeterminada, já que pode ter diferentes formas conforme o espaço que ocupar. Exemplo disto é a água ou o leite.

No estado gasoso o seu volume e forma são indeterminados, como por exemplo o gás ou o fumo de uma fábrica.

CORPOS SIMPLES E CORPOS COMPOSTOS:

Um corpo diz-se que é um corpo simples, se for formado por um único tipo de átomos. É o caso do ouro no estado puro, que só contém átomos de ouro.

Corpo composto é o nome dado a todos os outros corpos, formados por mais do que um tipo de átomos, como é o caso da água que exemplifiquei anteriormente. É constituído por um átomo de oxigénio e dois átomos de hidrogénio.

CONSTITUIÇÃO DO ÁTOMO:

Um átomo é formado por um centro, que é fixo, chamado núcleo. É também formado por uma parte exterior com electrões que giram à sua volta a uma grande velocidade. Estes electrões formam camadas que ficam dispostas ao redor do núcleo, camadas essas que formam a núvem electrónica.

O núcleo do átomo é constituído por partículas positivas – os protões e por partículas negativas – os neutrões.

Na figura abaixo temos o exemplo de um átomo de sódio. No centro podemos ver o núcleo com o limite a tracejado, contendo no seu interior os protões de cor azul (cargas positivas), e os neutrões de cor verde (sem carga). Ao redor do núcleo vemos as várias camadas ou nuvens electrónicas (K, L, M) contendo cada uma um determinado número de electrões de cor vermelha (de carga negativa).

Estas camadas, ou órbitas, são denominadas com letras, começando do interior com a letra K, passando à camada seguinte com a letra L, depois a letra M e assim sucessivamente.

Nas camadas ou órbitas à volta do núcleo, cada uma delas tem um limite máximo de electrões que pode suportar.

Sendo assim, o número máximo de electrões que cada órbita pode suportar é de:

Primeira órbita (K) = até 2 electrões
Segunda órbita (L)= até 8 electrões
Terceira órbita (M) = até 18 electrões (caso não seja a última órbita ou órbita de valência)
Quarta órbita (N) = até 32 electrões (caso não seja a última órbita ou órbita de valência)

Como já disse, os electrões são as partículas que giram à volta do núcleo. Na camada, ou órbita, mais afastada do núcleo, ou seja, na última camada exterior, giram também electrões, que recebem o nome de electrões de valência. Nesta última camada, o limite máximo de electrões de valência é sempre de oito electrões.

Na figura podemos ver dois átomos. À esquerda o átomo de germânio e à direita o átomo de silício. Temos as várias camadas da núvel electrónica dispostas à volta do núcleo.
Dentro do núcleo temos, no caso do germânio, 32 cargas positivas – os protões e no silício 14 protões. Os neutrões não são apresentados por terem carga neutra e serem praticamente irrelevantes. Cada um deles tem o mesmo número de protões e electrões e ambos têm também 4 electrões de valência – electrões da camada exterior.

Em electrónica os electrões com mais importância são os de electrões de valência (os da camada exterior), já que estes são os que têm mais facilidade em se separar de um átomo para se unir a outro.

ELEMENTOS E A TABELA PERIÓDICA:

Todos os corpos são naturalmente constituídos por moléculas e estas constituídas por átomos. Estes átomos, ou elementos, em determinadas quantidades e formas dão origem aos compostos da natureza, desde ao composto mais simples como a água, por exemplo, até a compostos super complexos, como o ser humano.

Afim de organizar os átomos pela sua carga nuclear, a carga do núcleo, que como já vimos é constituída por partículas de carga positiva e de carga neutra, foi criada a tabela periódica que apresento já de seguida:

Tabela periódica dos Elementos

Como podemos verificar os elementos estão, entre outras organizações, organizados pelo seu número atómico ou carga núclear
(número de protões do núcleo) – assinalados na figura com um círculo a amarelo. O H (hidrogénio) tem número atómico = 1,
o He (hélio) número atómico = 2,
o Li (lítio) número atómico = 3 e assim sucessivamente.

A tabela periódica também ordena os elementos pela quantidade de electrões distribuídos nas suas órbitas. Quero dizer com isto que os elementos da primeira linha (as linhas são sempre as horizontais e as colunas as verticais), têm todos só uma nuvem electrónica, os da segunda linha, duas nuvens electrónicas e assim sucessivamente. No que diz respeito às colunas, os da coluna I (vertical) têm todos só um electrão de valência, os da coluna II, dois electrões de valência, os da coluna III, três electrões de valência e assim sucessivamente. Todas estas características são válidas para todos os elementos, excepto para o Hélio (He).

Além de todas estas organizações da tabela periódica, há a salientar também a organização dos elementos pelas suas características de condutibilidade, ou seja, os elementos mais ou menos condutores de electricidade. Sendo assim, e para exemplificar o que foi dito tanto no parágrafo anterior (sobre as nuvens electrónicas e os electrões de valência), tal como para mostrar a organização dos elementos por condutibilidade, mostro a seguir um excerto da tabela periódica:

Tabela Periódica com os Electrões e as Órbitas

Verificando os elementos das linhas 1, 2, 3, pode-se dizer que todos os elementos da linha 2 têm duas nuvens electrónicas, os da linha 3 têm três nuvens electrónicas, e assim sucessivamente.Verificando agora as colunas, podemos constatar que os elementos da coluna I, o Lítio e o Sódio por exemplo, têm 1 electrão na última camada electrónica. Os da coluna II, o Berílio e o Magnésio por exemplo, têm dois electrões de valência, e assim sucessivamente.

Podemos ainda classificar os elementos da Tabela Periódica em três grandes grupos (excluíndo o Hidrogénio que tem uma posição especial entre todos os elementos):

- Metais – São os elementos das colunas I, II e III. São bons condutores eléctricos como se pode depreender do nome que têm. Como têm poucos electrões de valência, estes cedem facilmente esses poucos electrões.

- Não Metais – São os elementos das colunas IV, V e VI. Como o nome sugere, são maus condutores de electricidade por conterem mais do que 4 electrões de valência.

- Gases Nobres – São os elementos da coluna VIII.

Além destes três grandes grupos temos ainda os metalóides que são elementos com propriedades entre os metais e os não-metais. Estes elementos estão localizados numa zona fronteiriça mal delimitada. Como exemplo temos elementos muito importantes como o silício, o germânio, o arsénio, etc, elementos muito importantes em electrónica.

Voltando aos protões e electrões, é já do conhecimento que eles mesmo sendo de tamanhos microscópicos, dão bastante solidez aos materiais. A sua atracção e a velocidade inimaginável que os electrões se deslocam, fazem com que estejam em todas as partes ao mesmo tempo, anulando assim o espaço vazio com a sua imensa velocidade. O protão e o electrão, mesmo tendo tamanhos diferentes, atraem-se exactamente com a mesma força.

Dois corpos com a mesma carga repelem-se e dois corpos com cargas opostas atraem-se. Ou seja se tivermos dois protões ou dois electrões, estes vão-se “afastar”.

Estado neutro de um átomo é quando este tem o mesmo número de protões e o mesmo número de electrões, ou seja, o mesmo número de cargas positivas e o mesmo número de cargas negativas.

Quando um átomo tem o mesmo número de protões e o mesmo número de electrões diz-se que está equilibrado e diz-se que está desequilibrado quando isto não se verifica.

Pode-se ainda dizer que, quando um átomo ganha electrões, ou seja, quando ganha partículas negativas, fica lógicamente com mais cargas negativas do que positivas. Podemos então dizer que se trata de um ião negativo por estar carregado negativamente. Quando perde electrões, fica então com mais protões do que electrões, ou seja, fica com mais cargas positivas do que negativas, recebendo o nome de ião positivo. Estes iões tendem a ficar num estado neutro, ou seja, os iões negativos tendem a perder o electrão que está a mais e os iões positivos tendem a captar os electrão que têm em falta.

Exercícios de aplicação:

1. Uma molécula pode-se dividir em constituintes mais pequenos chamados __________.

2. A matéria com forma e volume determinados está no estado __________________.

3. Um corpo ____________________ é formado por um só tipo de átomos.

4. O núcleo de um átomo é formado por ______________ e _________________.

5. Os electrões da ultima camada ou órbita chamam-se electrões de ________________.

6. Um ião positivo tem mais ___________ que electrões.

7. O máximo de electrões de valência que a ultima camada poderá ter são __________.

8. Dois corpos com a mesma carga são atraídos ou repelidos?

9. Um átomo equilibrado quer dizer que tem mais electrões que protões?

10. Os não metais são mais ou menos condutores que os metais?

(as soluções destes exercícios estão no final deste post)

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Soluções dos exercícios:

1-      Átomos

2-      Sólido

3-      Simples

4-      Protões e Neutrões

5-      Valência

6-      Protões

7-      Oito

8-      Repelidos

9-      Não

10-    Menos