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4.3: O átomo nuclear - matemática


objetivos de aprendizado

  • Explique as observações que levaram à descoberta do elétron por Thomson.
  • Descreva o modelo de átomo do "pudim de ameixa" de Thomson e as evidências disso.
  • Desenhe um diagrama do modelo "pudim de ameixa" de Thomson do átomo e explique por que ele tem esse nome.
  • Descreva o experimento da folha de ouro de Rutherford e explique como esse experimento alterou o modelo do "pudim de ameixa".
  • Desenhe um diagrama do modelo de Rutherford do átomo e identifique o núcleo e a nuvem de elétrons.

A Teoria Atômica de Dalton sustentou-se bem em muitos dos diferentes experimentos químicos que os cientistas realizaram para testá-la. Na verdade, por quase 100 anos, parecia que a Teoria Atômica de Dalton era toda a verdade. No entanto, em 1897, um cientista chamado J. Thomson conduziu algumas pesquisas que sugeriram que a Teoria Atômica de Dalton não era toda a história. Ele sugeriu que as pequenas partículas carregadas negativamente que compõem o raio catódico eram na verdade pedaços de átomos. Ele chamou essas peças de "corpúsculos", embora hoje as conheçamos como elétrons. Graças a seus experimentos inteligentes e raciocínio cuidadoso, J. Thomson é creditado com a descoberta do elétron.

Figura ( PageIndex {1} ): J.J. Thomson (centro) concluiu experimentos que sugeriram que a teoria atômica de Dalton (esquerda) não estava contando toda a história. Ernest Rutherford (à direita) posteriormente desenvolveu o trabalho de Thomson para argumentar a favor do átomo nuclear modelo.

Elétrons e ameixas

O elétron foi descoberto por J.J. Thomson em 1897. A existência de prótons também era conhecida, assim como o fato de que os átomos eram neutros em carga. Como o átomo intacto não tinha carga líquida e o elétron e o próton tinham cargas opostas, o próximo passo após a descoberta das partículas subatômicas foi descobrir como essas partículas estavam organizadas no átomo. Esta foi uma tarefa difícil devido ao tamanho incrivelmente pequeno do átomo. Portanto, os cientistas começaram a projetar um modelo de como eles acreditavam que o átomo poderia ser. O objetivo de cada modelo atômico era representar com precisão todas as evidências experimentais sobre os átomos da maneira mais simples possível.

Após a descoberta do elétron, J.J. Thomson desenvolveu o que ficou conhecido como o "pudim de ameixa"modelo em 1904. Pudim de ameixa é uma sobremesa inglesa semelhante a um bolinho de mirtilo. No modelo do átomo de pudim de ameixa de Thomson, os elétrons eram incorporados em uma esfera uniforme de carga positiva, como mirtilos presos em um bolinho. ser gelatinoso ou semelhante a uma sopa espessa. Os elétrons eram um tanto móveis. À medida que se aproximavam da parte externa do átomo, a carga positiva na região era maior do que as cargas negativas vizinhas, e o elétron seria puxado para trás mais em direção à região central do átomo.

Figura ( PageIndex {2} ): O modelo do "pudim de ameixa".

No entanto, esse modelo do átomo logo deu lugar a um novo modelo desenvolvido pelo neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) cerca de cinco anos depois. Thomson ainda recebeu muitas homenagens durante sua vida, incluindo o Prêmio Nobel de Física em 1906 e um título de cavaleiro em 1908.

Átomos e ouro

Em 1911, Rutherford e seus colegas de trabalho Hans Geiger e Ernest Marsden iniciaram uma série de experimentos inovadores que mudariam completamente o modelo aceito do átomo. Eles bombardearam folhas muito finas de folha de ouro com movimentos rápidos partículas alfa. Partículas alfa, um tipo de partícula radioativa natural, são partículas carregadas positivamente com uma massa cerca de quatro vezes a de um átomo de hidrogênio.

Figura ( PageIndex {3} ): (A) A configuração experimental para o experimento de folha de ouro de Rutherford: um elemento radioativo que emitiu partículas alfa foi direcionado para uma folha fina de folha de ouro que foi cercada por uma tela que permitiria a detecção de as partículas desviadas. (B) De acordo com o modelo do pudim de ameixa (topo), todas as partículas alfa deveriam ter passado pela folha de ouro com pouca ou nenhuma deflexão. Rutherford descobriu que uma pequena porcentagem de partículas alfa eram desviadas em grandes ângulos, o que poderia ser explicado por um átomo com um núcleo muito pequeno, denso e carregado positivamente em seu centro (parte inferior).

De acordo com o modelo atômico aceito, no qual a massa e a carga de um átomo são distribuídas uniformemente por todo o átomo, os cientistas esperavam que todas as partículas alfa passassem pela folha de ouro com apenas uma ligeira deflexão ou mesmo nenhuma. Surpreendentemente, enquanto a maioria das partículas alfa não foram defletidas, uma porcentagem muito pequena (cerca de 1 em 8.000 partículas) ricocheteou na folha de ouro em ângulos muito grandes. Alguns até foram redirecionados de volta à fonte. Nenhum conhecimento prévio os havia preparado para esta descoberta. Em uma citação famosa, Rutherford exclamou que foi "como se você tivesse disparado um projétil de 15 polegadas [de artilharia] contra um pedaço de tecido e ele voltasse e acertasse você".

Rutherford precisava apresentar um modelo inteiramente novo do átomo para explicar seus resultados. Como a grande maioria das partículas alfa havia passado pelo ouro, ele concluiu que a maior parte do átomo era espaço vazio. Em contraste, as partículas que foram altamente desviadas devem ter experimentado uma força tremendamente poderosa dentro do átomo. Ele concluiu que toda a carga positiva e a maior parte da massa do átomo devem estar concentradas em um espaço muito pequeno no interior do átomo, que ele chamou de núcleo. O núcleo é o minúsculo núcleo denso e central do átomo e é composto de prótons e nêutrons.

O modelo atômico de Rutherford ficou conhecido como o modelo nuclear. No átomo nuclear, os prótons e nêutrons, que compreendem quase toda a massa do átomo, estão localizados no núcleo no centro do átomo. Os elétrons são distribuídos ao redor do núcleo e ocupam a maior parte do volume do átomo. Vale a pena enfatizar o quão pequeno o núcleo é comparado ao resto do átomo. Se pudéssemos explodir um átomo para ficar do tamanho de um grande estádio de futebol profissional, o núcleo teria o tamanho de uma bola de gude.

O modelo de Rutherford provou ser um passo importante para uma compreensão completa do átomo. No entanto, não abordou completamente a natureza dos elétrons e a maneira como eles ocupam o vasto espaço ao redor do núcleo. Só alguns anos depois é que se alcançou um entendimento completo do elétron. Isso provou ser a chave para a compreensão das propriedades químicas dos elementos.

Núcleo atômico

O núcleo (plural, núcleos) é uma região carregada positivamente no centro do átomo. Ele consiste em dois tipos de partículas subatômicas compactadas. As partículas são prótons, que têm carga elétrica positiva, e nêutrons, que têm carga elétrica neutra. Fora do núcleo, um átomo é principalmente um espaço vazio, com partículas negativas em órbita chamadas elétrons que passam por ele. A figura abaixo mostra essas partes do átomo.

Figura ( PageIndex {4} ): O átomo nuclear.

O núcleo do átomo é extremamente pequeno. Seu raio é apenas cerca de 1 / 100.000 do raio total do átomo. Os elétrons praticamente não têm massa, mas os prótons e nêutrons têm muita massa para seu tamanho. Como resultado, o núcleo tem virtualmente toda a massa de um átomo. Devido à sua grande massa e tamanho diminuto, o núcleo é muito denso. Se um objeto do tamanho de um centavo tivesse a mesma densidade do núcleo de um átomo, sua massa seria maior que 30 milhões de toneladas!

Mantendo tudo junto

Partículas com cargas elétricas opostas se atraem. Isso explica por que os elétrons negativos orbitam o núcleo positivo. Partículas com a mesma carga elétrica se repelem. Isso significa que os prótons positivos no núcleo se separam uns dos outros. Então, por que o núcleo não se separa? Uma força ainda mais forte - chamada de força nuclear forte- mantém prótons e nêutrons juntos no núcleo.

Resumo

  • Os átomos são os blocos de construção definitivos de toda a matéria.
  • A teoria atômica moderna estabelece os conceitos de átomos e como eles compõem a matéria.
  • O bombardeio de folha de ouro com partículas alfa mostrou que algumas partículas foram desviadas.
  • O modelo nuclear do átomo consiste em um interior pequeno e denso com carga positiva, cercado por uma nuvem de elétrons.

Contribuições e atribuições


Energia nuclear

A energia nuclear é a energia do núcleo, ou núcleo, de um átomo. A energia nuclear pode ser usada para criar eletricidade, mas primeiro deve ser liberada do átomo.

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A energia nuclear é a energia do núcleo, ou núcleo, de um átomo. Os átomos são unidades minúsculas que constituem toda a matéria do universo, e a energia é o que mantém o núcleo unido. Existe uma grande quantidade de energia no núcleo denso de um átomo. Na verdade, o poder que mantém o núcleo unido é oficialmente chamado de "força forte".

A energia nuclear pode ser usada para criar eletricidade, mas primeiro deve ser liberada do átomo. No processo de fissão nuclear, os átomos são divididos para liberar essa energia.

Um reator nuclear, ou usina de energia, é uma série de máquinas que podem controlar a fissão nuclear para produzir eletricidade. O combustível que os reatores nucleares usam para produzir a fissão nuclear são pelotas do elemento urânio. Em um reator nuclear, os átomos de urânio são forçados a se separar. À medida que se dividem, os átomos liberam minúsculas partículas chamadas produtos da fissão. Os produtos da fissão fazem com que outros átomos de urânio se dividam, iniciando uma reação em cadeia. A energia liberada dessa reação em cadeia cria calor.

O calor gerado pela fissão nuclear aquece o agente de resfriamento do reator. Um agente de resfriamento geralmente é água, mas alguns reatores nucleares usam metal líquido ou sal fundido. O agente de resfriamento, aquecido por fissão nuclear, produz vapor. O vapor gira turbinas, ou rodas giradas por uma corrente fluida. As turbinas acionam geradores ou motores que geram eletricidade.

Varetas de material chamado veneno nuclear podem ajustar a quantidade de eletricidade produzida. Os venenos nucleares são materiais, como um tipo do elemento xenônio, que absorvem alguns dos produtos da fissão criados pela fissão nuclear. Quanto mais bastões de veneno nuclear estiverem presentes durante a reação em cadeia, mais lenta e controlada será a reação. A remoção das hastes permitirá uma reação em cadeia mais forte e criará mais eletricidade.

Em 2011, cerca de 15% da eletricidade do mundo era gerada por usinas nucleares. Os Estados Unidos têm mais de 100 reatores, embora criem a maior parte de sua eletricidade a partir de combustíveis fósseis e energia hidrelétrica. Nações como a Lituânia, França e Eslováquia geram quase toda a eletricidade de usinas nucleares.

Alimentos Nucleares: Urânio

O urânio é o combustível mais usado para produzir energia nuclear. Isso ocorre porque os átomos de urânio se separam com relativa facilidade. O urânio também é um elemento muito comum, encontrado em rochas de todo o mundo. No entanto, o tipo específico de urânio usado para produzir energia nuclear, chamado U-235, é raro. O U-235 representa menos de um por cento do urânio do mundo.

Embora parte do urânio usado pelos Estados Unidos seja extraído neste país, a maior parte é importada. Os EUA obtêm urânio da Austrália, Canadá, Cazaquistão, Rússia e Uzbequistão. Uma vez que o urânio é extraído, ele deve ser extraído de outros minerais. Ele também deve ser processado antes de ser usado.

Como o combustível nuclear pode ser usado para criar armas nucleares, bem como reatores nucleares, apenas as nações que fazem parte do Tratado de Não-Proliferação Nuclear (TNP) têm permissão para importar urânio ou plutônio, outro combustível nuclear. O tratado promove o uso pacífico de combustível nuclear, além de limitar a disseminação de armas nucleares.

Um reator nuclear típico usa cerca de 200 toneladas de urânio por ano. Processos complexos permitem que algum urânio e plutônio sejam re-enriquecidos ou reciclados. Isso reduz a quantidade de mineração, extração e processamento que precisa ser feito.

Energia Nuclear e Pessoas

A energia nuclear produz eletricidade que pode ser usada para abastecer residências, escolas, empresas e hospitais. O primeiro reator nuclear a produzir eletricidade estava localizado perto de Arco, Idaho. O Reator Criador Experimental começou a funcionar sozinho em 1951. A primeira usina nuclear projetada para fornecer energia a uma comunidade foi estabelecida em Obninsk, Rússia, em 1954.

A construção de reatores nucleares requer um alto nível de tecnologia, e apenas os países que assinaram o Tratado de Não-Proliferação Nuclear podem obter o urânio ou plutônio necessários. Por essas razões, a maioria das usinas nucleares estão localizadas no mundo desenvolvido.

As usinas nucleares produzem energia limpa e renovável. Eles não poluem o ar nem liberam gases de efeito estufa. Eles podem ser construídos em áreas urbanas ou rurais e não alteram radicalmente o ambiente ao seu redor.

O vapor que alimenta as turbinas e geradores é, em última análise, reciclado. É resfriado em uma estrutura separada chamada torre de resfriamento. O vapor volta a ser água e pode ser usado novamente para produzir mais eletricidade. O excesso de vapor é simplesmente reciclado na atmosfera, onde causa poucos danos como o vapor de água limpa.

No entanto, o subproduto da energia nuclear é material radioativo. O material radioativo é uma coleção de núcleos atômicos instáveis. Esses núcleos perdem sua energia e podem afetar muitos materiais ao seu redor, incluindo organismos e o meio ambiente. O material radioativo pode ser extremamente tóxico, causando queimaduras e aumentando o risco de câncer, doenças do sangue e decomposição óssea.

Resíduos radioativos são o que sobra da operação de um reator nuclear. Os resíduos radioativos são principalmente roupas de proteção usadas pelos trabalhadores, ferramentas e qualquer outro material que tenha entrado em contato com poeira radioativa. O lixo radioativo é duradouro. Materiais como roupas e ferramentas podem permanecer radioativos por milhares de anos. O governo regulamenta a forma como esses materiais são descartados para que não contaminem mais nada.

O combustível usado e as hastes de veneno nuclear são extremamente radioativas. Os pellets de urânio usados ​​devem ser armazenados em recipientes especiais que parecem grandes piscinas. A água resfria o combustível e isola o exterior do contato com a radioatividade. Algumas usinas nucleares armazenam o combustível usado em tanques de armazenamento a seco acima do solo.

Os locais de armazenamento de lixo radioativo se tornaram muito controversos nos Estados Unidos. Durante anos, o governo planejou construir uma enorme instalação de resíduos nucleares perto da montanha Yucca, em Nevada, por exemplo. Grupos ambientalistas e cidadãos locais protestaram contra o plano. Eles se preocuparam com o vazamento de lixo radioativo no abastecimento de água e no ambiente da montanha Yucca, a cerca de 130 quilômetros (80 milhas) da grande área urbana de Las Vegas, Nevada. Embora o governo tenha começado a investigar o local em 1978, ele parou de planejar uma instalação de resíduos nucleares na montanha Yucca em 2009.

Os críticos da energia nuclear temem que as instalações de armazenamento de lixo radioativo vazem, rachem ou se desgastem. O material radioativo pode contaminar o solo e as águas subterrâneas próximas às instalações. Isso pode levar a sérios problemas de saúde para as pessoas e organismos na área. Todas as comunidades teriam que ser evacuadas.

Foi o que aconteceu em Chernobyl, na Ucrânia, em 1986. Uma explosão de vapor em uma das usinas de quatro reatores nucleares causou um incêndio, denominado pluma. Essa pluma era altamente radioativa, criando uma nuvem de partículas radioativas que caíram no solo, chamada precipitação radioativa. A precipitação se espalhou pelas instalações de Chernobyl, bem como pela área ao redor. A precipitação radioativa derivou com o vento e as partículas entraram no ciclo da água como chuva. A radioatividade rastreada até Chernobyl caiu como chuva sobre a Escócia e a Irlanda. A maior parte da precipitação radioativa caiu na Bielo-Rússia.

O impacto ambiental do desastre de Chernobyl foi imediato. Por quilômetros ao redor da instalação, a floresta de pinheiros secou e morreu. A cor vermelha dos pinheiros mortos deu a esta área o apelido de Floresta Vermelha. Os peixes do vizinho rio Pripyat tinham tanta radioatividade que as pessoas não podiam mais comê-los. Gado e cavalos morreram na área.

Mais de 100.000 pessoas foram realocadas após o desastre, mas o número de vítimas humanas de Chernobyl é difícil de determinar. Os efeitos do envenenamento por radiação só aparecem depois de muitos anos. Câncer e outras doenças podem ser muito difíceis de rastrear até uma única fonte.

Futuro da Energia Nuclear

Os reatores nucleares usam a fissão, ou divisão de átomos, para produzir energia. A energia nuclear também pode ser produzida por meio da fusão, ou junção (fusão) de átomos. O sol, por exemplo, está constantemente passando por fusão nuclear à medida que os átomos de hidrogênio se fundem para formar o hélio. Como toda a vida em nosso planeta depende do sol, pode-se dizer que a fusão nuclear torna possível a vida na Terra.

As usinas nucleares não têm a capacidade de produzir energia a partir da fusão nuclear de forma segura e confiável. Não está claro se o processo algum dia será uma opção para a produção de eletricidade. Os engenheiros nucleares estão pesquisando a fusão nuclear, no entanto, porque o processo provavelmente será seguro e econômico.

Fotografia de Emory Kristof

Tectônica Nuclear
A decomposição do urânio nas profundezas da Terra é responsável pela maior parte da energia geotérmica do planeta, causando placas tectônicas e deriva continental.

Three Mile Island
O pior acidente nuclear nos Estados Unidos aconteceu na instalação de Three Mile Island perto de Harrisburg, Pensilvânia, em 1979. O sistema de resfriamento em um dos dois reatores apresentou defeito, causando uma emissão de precipitação radioativa. Nenhuma morte ou ferimento esteve diretamente relacionado ao acidente.


Perguntas e respostas importantes da estrutura atômica

O conjunto de prática da Estrutura Atômica com Perguntas e Respostas Importantes ajuda os alunos da classe 11 e também para os alunos estudando para vários exames competitivos. Os alunos são aconselhados a praticar e compreender todas as questões de acordo.

1. Quais dos átomos e íons a seguir são isoeletrônicos, ou seja, têm o mesmo número de elétrons com o átomo de neon.

ANS: F - tem o mesmo número de elétrons com o átomo de néon.

2. Os átomos consistem em prótons, nêutrons e elétrons. Se a massa dos nêutrons e elétrons fosse feita meia e duas vezes respectivamente em relação às suas massas reais, então a massa atômica de 6C 12

a) Permanecerá aproximadamente o mesmo

b) Vai se tornar aproximadamente duas vezes

c) Permanecerá aproximadamente a metade

d) Será reduzido em 25%

ANS: Nenhuma mudança ao dobrar a massa dos elétrons, no entanto, ao reduzir a massa do nêutron à metade da massa atômica total, torna-se 6 + 3 em vez de 6 + 6. Assim, reduzido em 25%.

3. A ordem crescente (menor primeiro) para os valores de e / m (carga / massa) para:

4. A razão entre a energia de um fóton de radiação de comprimento de onda de 2000AA e aquela de radiação de 4000AA é.

5. Em um modelo de Bohr & # 8217s de um átomo quando um elétron salta de n = 1 para n = 3, quanta energia será emitida ou absorvida.

b) 0,1911 × 10 −10 erg

De acordo com o modelo de Bohr & # 8217s ΔE = E1 - E3

de n = 1 a n = 3, portanto, a energia é absorvida.

6. Rydberg deu a fórmula como:

7. A energia de um elétron na primeira órbita de Bohr de Hatom é -13,6eV. O (s) possível (is) valor (es) de energia do (s) estado (s) excitado (s) para os elétrons nas órbitas de Bohr para o hidrogênio é (são):

Valores de energia no estado excitado = ( frac <-13.6>) eV = ( frac <-13,6> <4> ) = −3,4eV n = 2,3,4

8. Qual das seguintes transições de elétrons em um átomo de hidrogênio exigirá a maior quantidade de energia.

a) De n = 1 a n = 2

9. Na série de linhas do espectro do hidrogênio de Bohr, a terceira linha da extremidade vermelha corresponde à qual uma das seguintes inter-órbitas salta do elétron para Bohr orbita em um átomo de hidrogênio.

10 .A frequência de uma das linhas na série Paschen do átomo de hidrogênio é 2,340 × 10 11 Hz. O número quântico n2 que produz essa transição é:

11. Qual dos seguintes tem número máximo de elétrons desemparelhados (número atômico de Fe 26).

12. A terceira linha da série Balmer corresponde a uma transição eletrônica entre as quais as órbitas de Bohr em hidrogênio:

Na série Balmer do espectro atômico do hidrogênio, cuja transição eletrônica causa a terceira linha O → L, n2 = 5, n1 =2.

13. O núcleo de um átomo pode ser considerado esférico. O raio do núcleo de número de massa A é dado por 1,25 × 10 −13 × A 1/3 cm O raio do átomo é um AA. Se o número de massa for 64, então a fração do volume atômico que é ocupada pelo núcleo é.

Raio do núcleo = 1,25 × 10 −13 × A 1/3 cm = 1,25 × 10 −13 × 64 1/3 = 5 × 10 −13 cm

14. Em um modelo de átomo de Bohr & # 8217s, quando um elétron salta de n = 1 para n = 3, quanta energia será emitida ou absorvida.

b) 0,1911 × 10 −10 erg

De acordo com o modelo de Bohr ΔE = E1 - E3

= 1,91 × 10 −11 = 0,191 × 10 −10 erg

Como o elétron está indo de n = 1 para n = 3, a energia é absorvida.

15 O número máximo de elétrons em uma subcamada com l = 3 e n = 4 é:

n = nível de energia principal
l = subshell
Se n = 4 e l = 3, a subcamada é 4f. Na subcamada f, existem 7 orbitais e cada orbital pode acomodar no máximo dois elétrons, portanto, no máximo. de elétrons na subcamada 4f = 7 x 2 = 14.

16. O conjunto correto de quatro números quânticos para o elétron de valência do átomo de rubídio (Z = 37) é:

a) 5, 0, 0, + ( frac <1> <2> )

37Rb = 36 [Kr] 5s 1
Seu elétron de valência é 5s 1
Portanto, n = 5, l = 0 m = 0 s = + ( frac <1> <2> )

17. Um gás absorve um fóton de 355 nm e emite em dois comprimentos de onda. Se uma das emissões está em 680 nm, a outra está em:

Pela Lei de Conservação da Energia, a energia do fóton absorvido deve ser igual à energia combinada de dois fótons emitidos.

ET= E1+ E2… ..(1)
onde E1é a energia do primeiro fóton emitido e a energia Eis do segundo fóton emitido.

Energia E e comprimento de onda λ de um fóton são relacionados pela equação

onde h é a constante de Planck & # 8217s, c é a velocidade da luz.

Substituindo os valores dados em (3), obtemos:

λ2 = 742,77nm

18. A energia de ionização de He + é 19,6 * 10 –18 átomo J –1. A energia do primeiro estado estacionário (n = 1) de Li 2+ é

uma ) −4,41 × 10− 17 Jatom −1

Energia de ionização de He + = 19,6 × 10 −18 J / átomo −1

−4,41 × 10− 17 Jatom −1

19. Mg 2+ é isoeletrônico com:

Sua configuração é semelhante à do Ne. Assim, é isoeletrônico com qualquer elemento tendo 10- ou podemos dizer 8e-em sua concha de valência. (2s2 2p6)

Assim, Mg 2+ é isoeletrônico com Na +

20. A ordem do título de 1,5 é mostrada por:

20. O átomo de um elemento tem elétrons Z e sua massa atômica é 2Z + 3. O número de nêutrons em seu núcleo será:

a) 2Z b) Z + 3
c) Z + 2 d) Z

aqui, não de prótons = não de elétrons.

massa atômica = próton + nêutron

21. O momento angular orbital de um elétron é 2s orbital é:

Para orbital S, l = 0
Momento angular orbital = 0

22. Qual dos seguintes tem mais elétrons d desemparelhados?

As configurações eletrônicas para várias espécies são:

Zn +: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10

Fe +2: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6

Ni +3: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7

Cu +: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10

Assim, o número máximo de elétrons desemparelhados estão presentes em Fe +2

23. Os orbitais atômicos são preenchidos progressivamente em ordem crescente de energia. Este princípio é denominado:

b) Princípio Aufbau

24. Qual será o comprimento de onda de uma bola de massa de 0,1 kg movendo-se com uma velocidade de 10ms –1?

a) 6,626 × 10 –34 m (J = kg m 2 s -2)

b) 6,626 × 10 –30 m (J = kg m 2 s -2)

c) 6,626 × 10 –30 m (J = kg m 2 s -2)

d) 6,626 × 10 -33 m (J = kg m 2 s -2)

De acordo com a equação de de Brogile,

6,626 × 10 –34 m (J = kg m 2 s -2)

25. A energia de ionização do átomo de H (no estado fundamental) é x kJ. A energia necessária para um elétron saltar da 2ª para a 3ª órbita será:

A energia de ionização no estado fundamental é x kJ,

então a energia da 1ª órbita (E1 ) = –xkJ

Energia necessária para saltar da 2ª para a 3ª órbita:

26 .O número de nós planos ou angulares é:

27. O número de nós em qualquer orbital pode ser calculado por:

28. O isótopo de oxigênio mais abundante é:

29. O-16 é usado em: -

a) produção de radioativos

c) um marcador no estudo da utilização cerebral de oxigênio.

30. Isótopo de nitrogênio N-13 usado em: -

c) ambos (b) e (d)

31. O estudo dos espectros é denominado: -

c) Espectroscopia

32. Qual formato do orbital D é chamado de formato de rosquinha ou formato de chupeta para bebês: -

O dz O orbital 2 consiste em dois lóbulos ao longo do eixo z com um anel de alta densidade de elétrons no plano XY. Portanto, a forma não é fechada, ela pode ser dividida em 3 partes, ou seja, 2 lóbulos e 1 anéis.

33. Dois elétrons não podem ter todos os quatro números quânticos iguais ou, se dois elétrons tiverem que ser colocados em um estado de energia, eles devem ser colocados com espiões opostos.

a) Princípio de exclusão de Pauli

b) Regra de Hund de multiplicidade máxima

34. Distinguir entre isótopos, isóbaros, isótonos e isodiaferos amp: -

Isótopos Isobars Isótonos Isodiaphers
Os isótopos são átomos com o mesmo número atômico, mas com número de massa ou massa atômica diferente. Isobars são átomos de diferentes elementos que têm o mesmo número de massa, mas um número atômico diferente. Isótono é o átomo de um elemento diferente que contém o mesmo número de um nêutron com um número de massa e número atômico diferentes. Isodiaphers são átomos, tendo um número atômico e número de massa diferentes, mas têm a mesma diferença entre o número de nêutrons e o número de prótons-prótons.
hidrogênio tem 3 isótopos como protium deutério e trítio tendo o mesmo número atômico 1 com número de massa diferente 1,2,3 argônio e cálcio têm o mesmo número de massa 40, mas número atômico diferente 18,20. silício e fósforo têm o mesmo número de nêutrons 16 com diferentes números de massa 30,31 e número atômico 14,15. no tório, o número de prótons é 90 e o número de nêutrons é 144
144-90 = 54
no urânio, o número de prótons é 92 e o número de nêutrons é 146
146 – 92 = 54

35. O isótopo de hidrogênio mais abundante no planeta Terra é:

36. Como a energia de ligação por nucleon varia com o aumento no número de nucleons?

a) Aumenta continuamente com o número de massa

b) Diminuir continuamente com o número de massa

c) Primeiro diminui e depois aumenta com o aumento do número de massa

d) Primeiro aumenta e depois diminui com o aumento do número de massa


Categorias de sólidos

A estrutura dos sólidos pode ser descrita como se fossem análogos tridimensionais de um pedaço de papel de parede. O papel de parede tem um design repetitivo regular que se estende de uma borda à outra. Os cristais têm um desenho repetido semelhante, mas, neste caso, o desenho se estende em três dimensões de uma borda do sólido à outra.

Podemos descrever inequivocamente um pedaço de papel de parede especificando o tamanho, a forma e o conteúdo da unidade de repetição mais simples do design. Podemos descrever um cristal tridimensional especificando o tamanho, a forma e o conteúdo da unidade de repetição mais simples e a maneira como essas unidades de repetição se empilham para formar o cristal.

A unidade de repetição mais simples em um cristal é chamada de célula unitária. Cada célula unitária é definida em termos de pontos treliçadosos pontos no espaço sobre os quais as partículas estão livres para vibrar em um cristal.

As estruturas da célula unitária para uma variedade de sais são mostradas abaixo.

Em 1850, Auguste Bravais mostrou que os cristais podiam ser divididos em 14 células unitárias, que atendiam aos seguintes critérios.

  • A célula unitária é a unidade de repetição mais simples no cristal.
  • As faces opostas de uma célula unitária são paralelas.
  • A borda da célula unitária conecta pontos equivalentes.

As 14 células unitárias Bravais são mostradas na figura abaixo.

Essas células unitárias se enquadram em sete categorias, que diferem nos três comprimentos de borda da célula unitária (uma, b, e c) e três ângulos internos (a, e g), conforme mostrado na tabela abaixo.

As Sete Categorias de Células Unitárias Bravais

Categoria Comprimentos de Borda Ângulos Internos
Cúbico (uma = b = c) (uma = / i> = g = 90 o)
Tetragonal (uma = b c) (uma = / i> = g = 90 o)
Monoclínico (uma b c) (uma = / i> = 90 o g)
Ortorrômbico (uma b c) (uma = / i> = g = 90 o)
Romboédrico (uma = b = c) (uma = / i> = g 90 o)
Hexagonal (uma = b c) (uma = / i> = 90 o, g = 120 o)
Triclínico (uma b c) (uma / i> g 90 o)

Vamos nos concentrar na categoria cúbica, que inclui os três tipos de células unitárias - cúbica simples, cúbica centrada no corpo e cúbica centrada na face mostrada na figura abaixo.

Essas células unitárias são importantes por dois motivos. Primeiro, vários metais, sólidos iônicos e compostos intermetálicos cristalizam em células unitárias cúbicas. Em segundo lugar, é relativamente fácil fazer cálculos com essas células unitárias porque os comprimentos das bordas das células são todos iguais e os ângulos das células são 90.

O célula unitária cúbica simples é a unidade de repetição mais simples em uma estrutura cúbica simples. Cada canto da célula unitária é definido por um ponto de rede em que um átomo, íon ou molécula pode ser encontrado no cristal. Por convenção, a borda de uma célula unitária sempre conecta pontos equivalentes. Cada um dos oito cantos da célula unitária, portanto, deve conter uma partícula idêntica. Outras partículas podem estar presentes nas bordas ou faces da célula unitária ou dentro do corpo da célula unitária. Mas o mínimo que deve estar presente para que a célula unitária seja classificada como cúbica simples é de oito partículas equivalentes nos oito cantos.

O célula unitária cúbica centrada no corpo é a unidade de repetição mais simples em uma estrutura cúbica centrada no corpo. Mais uma vez, existem oito partículas idênticas nos oito cantos da célula unitária. No entanto, desta vez, há uma nona partícula idêntica no centro do corpo da célula unitária.

O célula unitária cúbica centrada na face também começa com partículas idênticas nos oito cantos do cubo. Mas essa estrutura também contém as mesmas partículas nos centros das seis faces da célula unitária, para um total de 14 pontos de rede idênticos.

A célula unitária cúbica centrada na face é a unidade de repetição mais simples em uma estrutura cúbica compactada mais próxima. Na verdade, a presença de células unitárias cúbicas centradas na face nesta estrutura explica por que a estrutura é conhecida como cúbico embalado mais próximo.

Os pontos da rede em uma célula unitária cúbica podem ser descritos em termos de um gráfico tridimensional. Porque todos os três comprimentos de borda de célula são os mesmos em uma célula unitária cúbica, não importa qual orientação é usada para o uma, b, e c machados. Para fins de argumentação, vamos definir o uma eixo como o eixo vertical do nosso sistema de coordenadas, conforme mostrado na figura abaixo.

O b eixo irá então descrever o movimento na frente da célula unitária, e o c eixo representará o movimento em direção à parte traseira da célula unitária. Além disso, definiremos arbitrariamente o canto inferior esquerdo da célula unitária como a origem (0,0,0). As coordenadas 1,0,0 indicam um ponto de rede que está a um comprimento da borda da célula de distância da origem ao longo do uma eixo. Da mesma forma, 0,1,0 e 0,0,1 representam pontos de rede que são deslocados por um comprimento de borda de célula da origem ao longo do b e c eixos, respectivamente.

Pensar na célula unitária como um gráfico tridimensional nos permite descrever a estrutura de um cristal com uma quantidade notavelmente pequena de informações. Podemos especificar a estrutura do cloreto de césio, por exemplo, com apenas quatro informações.

  • CsCl cristaliza em uma célula unitária cúbica.
  • O comprimento da borda da célula unitária é 0,4123 nm.
  • Há um íon Cl - nas coordenadas 0,0,0.
  • Há um íon Cs + nas coordenadas 1 / 2,1 / 2,1 / 2.

Como a borda da célula deve conectar pontos de rede equivalentes, a presença de um íon Cl - em um canto da célula unitária (0,0,0) implica na presença de um íon Cl - em cada canto da célula. As coordenadas 1 / 2,1 / 2,1 / 2 descrevem um ponto de rede no centro da célula. Como não há outro ponto na célula unitária que esteja a um comprimento da borda da célula de distância dessas coordenadas, este é o único íon Cs + na célula. CsCl is therefore a simple cubic unit cell of Cl - ions with a Cs + in the center of the body of the cell.

NaCl should crystallize in a cubic closest-packed array of Cl - ions with Na + ions in the octahedral holes between planes of Cl - ions. We can translate this information into a unit-cell model for NaCl by remembering that the face-centered cubic unit cell is the simplest repeating unit in a cubic closest-packed structure.

There are four unique positions in a face-centered cubic unit cell. These positions are defined by the coordinates: 0,0,0 0,1/2,1/2 1/2,0,1/2 and 1/2,1/2,0. The presence of an particle at one corner of the unit cell (0,0,0) requires the presence of an equivalent particle on each of the eight corners of the unit cell. Because the unit-cell edge connects equivalent points, the presence of a particle in the center of the bottom face (0,1/2,1/2) implies the presence of an equivalent particle in the center of the top face (1,1/2,1/2). Similarly, the presence of particles in the center of the 1/2,0,1/2 and 1/2,1/2,0 faces of the unit cell implies equivalent particles in the centers of the 1/2,1,1/2 and 1/2,1/2,1 faces.

The figure below shows that there is an octahedral hole in the center of a face-centered cubic unit cell, at the coordinates 1/2,1/2,1/2. Any particle at this point touches the particles in the centers of the six faces of the unit cell.

The other octahedral holes in a face-centered cubic unit cell are on the edges of the cell, as shown in the figure below.

If Cl - ions occupy the lattice points of a face-centered cubic unit cell and all of the octahedral holes are filled with Na + ions, we get the unit cell shown in the figure below.

We can therefore describe the structure of NaCl in terms of the following information.

  • NaCl crystallizes in a cubic unit cell.
  • The cell-edge length is 0.5641 nm.
  • There are Cl - ions at the positions 0,0,0 1/2,1/2,0 1/2,0,1/2 and 0,1/2,1/2.
  • There are Na + ions at the positions 1/2,1/2,1/2 1/2,0,0 0,1/2,0 and 0,0,1/2.

Placing a Cl - ion at these four positions implies the presence of a Cl - ion on each of the 14 lattice points that define a face-centered cubic unit. Placing a Na + ion in the center of the unit cell (1/2,1/2,1/2) and on the three unique edges of the unit cell (1/2,0,0 0,1/2,0 and 0,0,1/2) requires an equivalent Na + ion in every octahedral hole in the unit cell.

ZnS crystallizes as cubic closest-packed array of S 2- ions with Zn 2+ ions in tetrahedral holes. The S 2- ions in this crystal occupy the same positions as the Cl - ions in NaCl. The only difference between these crystals is the location of the positive ions. The figure below shows that the tetrahedral holes in a face-centered cubic unit cell are in the corners of the unit cell, at coordinates such as 1/4,1/4,1/4. An atom with these coordinates would touch the atom at this corner as well as the atoms in the centers of the three faces that form this corner. Although it is difficult to see without a three-dimensional model, the four atoms that surround this hole are arranged toward the corners of a tetrahedron.

Because the corners of a cubic unit cell are identical, there must be a tetrahedral hole in each of the eight corners of the face-centered cubic unit cell. If S 2- ions occupy the lattice points of a face-centered cubic unit cell and Zn 2+ ions are packed into every other tetrahedral hole, we get the unit cell of ZnS shown in the figure below.

The structure of ZnS can therefore be described as follows.

  • ZnS crystallizes in a cubic unit cell.
  • The cell-edge length is 0.5411 nm.
  • There are S 2- ions at the positions 0,0,0 1/2,1/2,0 1/2,0,1/2 and 0,1/2,1/2.
  • There are Zn 2+ ions at the positions 1/4,1/4,1/4 1/4,3/4,3/4 3/4,1/4,3/4 and 3/4,3/4,1/4.

Note that only half of the tetrahedral holes are occupied in this crystal because there are two tetrahedral holes for every S 2- ion in a closest-packed array of these ions.

Nickel is one of the metals that crystallize in a cubic closest-packed structure. When you consider that a nickel atom has a mass of only 9.75 x 10 -23 g and an ionic radius of only 1.24 x 10 -10 m, it is a remarkable achievement to be able to describe the structure of this metal. The obvious question is: How do we know that nickel packs in a cubic closest-packed structure?

The only way to determine the structure of matter on an atomic scale is to use a probe that is even smaller. One of the most useful probes for studying matter on this scale is electromagnetic radiation.

In 1912, Max van Laue found that x-rays that struck the surface of a crystal were diffracted into patterns that resembled the patterns produced when light passes through a very narrow slit. Shortly thereafter, William Lawrence Bragg, who was just completing his undergraduate degree in physics at Cambridge, explained van Laue's resultswith an equation known as the Bragg equation, which allows us to calculate the distance between planes of atoms in a crystal from the pattern of diffraction of x-rays of known wavelength.

n = 2d sin T

The pattern by which x-rays are diffracted by nickel metal suggests that this metal packs in a cubic unit cell with a distance between planes of atoms of 0.3524 nm. Thus, the cell-edge length in this crystal must be 0.3524 nm. Knowing that nickel crystallizes in a cubic unit cell is not enough. We still have to decide whether it is a simple cubic, body-centered cubic, or face-centered cubic unit cell. This can be done by measuring the density of the metal.

Atoms on the corners, edges, and faces of a unit cell are shared by more than one unit cell, as shown in the figure below. An atom on a face is shared by two unit cells, so only half of the atom belongs to each of these cells. An atom on an edge is shared by four unit cells, and an atom on a corner is shared by eight unit cells. Thus, only one-quarter of an atom on an edge and one-eighth of an atom on a corner can be assigned to each of the unit cells that share these atoms.

If nickel crystallized in a simple cubic unit cell, there would be a nickel atom on each of the eight corners of the cell. Because only one-eighth of these atoms can be assigned to a given unit cell, each unit cell in a simple cubic structure would have one net nickel atom.

Simple cubic structure:

If nickel formed a body-centered cubic structure, there would be two atoms per unit cell, because the nickel atom in the center of the body wouldn't be shared with any other unit cells.

Body-centered cubic structure:

(8 corners x 1/8) + 1 body = 2 atoms

If nickel crystallized in a face-centered cubic structure, the six atoms on the faces of the unit cell would contribute three net nickel atoms, for a total of four atoms per unit cell.

Face-centered cubic structure:

(8 corners x 1/8) + (6 faces x 1/2) = 4 atoms

Because they have different numbers of atoms in a unit cell, each of these structures would have a different density. Let's therefore calculate the density for nickel based on each of these structures and the unit cell edge length for nickel given in the previous section: 0.3524 nm. In order to do this, we need to know the volume of the unit cell in cubic centimeters and the mass of a single nickel atom.

The volume (V) of the unit cell is equal to the cell-edge length (uma) cubed.

V = uma 3 = (0.3524 nm) 3 = 0.04376 nm 3

Since there are 10 9 nm in a meter and 100 cm in a meter, there must be 10 7 nm in a cm.

We can therefore convert the volume of the unit cell to cm 3 as follows.

The mass of a nickel atom can be calculated from the atomic weight of this metal and Avogadro's number.

The density of nickel, if it crystallized in a simple cubic structure, would therefore be 2.23 g/cm 3 , to three significant figures.

Simple cubic structure:

Because there would be twice as many atoms per unit cell if nickel crystallized in a body-centered cubic structure, the density of nickel in this structure would be twice as large.

Body-centered cubic structure:

There would be four atoms per unit cell in a face-centered cubic structure and the density of nickel in this structure would be four times as large.

Face-centered cubic structure:

The experimental value for the density of nickel is 8.90 g/cm 3 . The obvious conclusion is that nickel crystallizes in a face-centered cubic unit cell and therefore has a cubic closest-packed structure.

Estimates of the radii of most metal atoms can be found. Where do these data come from? How do we know, for example, that the radius of a nickel atom is 0.1246 nm?

Nickel crystallizes in a face-centered cubic unit cell with a cell-edge length of 0.3524 nm to calculate the radius of a nickel atom.

One of the faces of a face-centered cubic unit cell is shown in the figure below.

According to this figure, the diagonal across the face of this unit cell is equal to four times the radius of a nickel atom.

The Pythagorean theorem states that the diagonal across a right triangle is equal to the sum of the squares of the other sides. The diagonal across the face of the unit cell is therefore related to the unit-cell edge length by the following equation.

Taking the square root of both sides gives the following result.

We now substitute into this equation the relationship between the diagonal across the face of this unit cell and the radius of a nickel atom:

Solving for the radius of a nickel atom gives a value of 0.1246 nm:

A similar approach can be taken to estimating the size of an ion. Let's start by using the fact that the cell-edge length in cesium chloride is 0.4123 nm to calculate the distance between the centers of the Cs + and Cl - ions in CsCl.

CsCl crystallizes in a simple cubic unit cell of Cl - ions with a Cs + ion in the center of the body of the cell, as shown in the figure below.

Before we can calculate the distance between the centers of the Cs + and Cl - ions in this crystal, however, we have to recognize the validity of one of the simplest assumptions about ionic solids: The positive and negative ions that form these crystals touch.

We can therefore assume that the diagonal across the body of the CsCl unit cell is equivalent to the sum of the radii of two Cl - ions and two Cs + ions.

The three-dimensional equivalent of the Pythagorean theorem suggests that the square of the diagonal across the body of a cube is the sum of the squares of the three sides.

Taking the square root of both sides of this equation gives the following result.

If the cell-edge length in CsCl is 0.4123 nm, the diagonal across the body in this unit cell is 0.7141 nm.

The sum of the ionic radii of Cs + and Cl - ions is half this distance, or 0.3571 nm.

If we had an estimate of the size of either the Cs + or Cl - ion, we could use the results to calculate the radius of the other ion. The ionic radius of the Cl - ion is 0.181 nm. Substituting this value into the last equation gives a value of 0.176 nm for the radius of the Cs + ion.

The results of this calculation are in reasonable agreement with the value of 0.169 nm known for the radius of the Cs + ion. The discrepancy between these values reflects the fact that ionic radii vary from one crystal to another. The tabulated values are averages of the results of a number of calculations of this type.


The Carbon Atom

Atomic Number 6
Atomic Mass Average: 12.011
Melting Point: 3823 K (3550°C or 6422°F)
Boiling Point: 4098 K (3825°C or 6917°F)
Density: 2.267g/cu.cm.
Velocity of sound [/m s-1]: 18350
Hardness Scale Mohs: 0.5
Stable Isomers (2)

Atomic Structure

The Carbon atom has six electrons, 4 of the electrons are in its valence shell (outershell). The circles in the diagram show energy levels - representing increasing distances from the nucleus.

This diagram is, however, a simplification and can be misleading. It gives the impression that the electrons are circling the nucleus in orbits like planets around the sun. Actually it is not possible to know exactly where the electrons are located (see below)
A better way to look at the carbon atom is by using an energy level graph shown at the right. Here we see carbon has six electrons represented by arrows (the direction of the arrow represents the electron spin) Two electrons are found in the 1s orbital close to the nucleus. The next two will go into the 2s orbital. The remaining ones will be in two separate 2p orbitals. This is because the p orbitals have the same energy and the electrons would rather be in separate orbitals.

The actual location of electrons in a carbon atom cannot be determined with certainty and the electrons appear to be 'smeared' into orbitals as shown below. These images were created using the java applet --Atomic and Molecular Orbitals from MIT. This java applet and other Molecular Orbitals applets can be found at the Chemistry Java Page.

Isotopes are atoms which have the same atomic number but different mass numbers. They have the same number of protons but different numbers of neutrons.The number of neutrons in an atom can vary within small limits. For example, there are three kinds of carbon atom 12C, 13C and 14C. They all have the same number of protons, but the number of neutrons varies.

protons neutrons mass number
carbon 12 6 6 12
carbon 13 6 7 13
carbon 14 6 8 14

These different types of carbon atoms are called isotopes. The fact that they have varying numbers of neutrons makes no difference to the chemical reactions of the carbon atom.

Uses of Carbon

Graphite combined with clays form the 'lead' used in pencils.
Diamond is used for decorative purposes, and also as drill bits.
Carbon added to iron makes steel.
Carbon is used for control rods in nuclear reactors.
Graphite carbon in a powdered, caked form is used as charcoal for cooking, artwork and other uses.
Charcoal pills are used in medicine in pill or powder form to adsorb toxins or poisons from the digestive system.


Three Easy Pieces

Even though many super-tiny atomic particles exist, you only need to remember the three basic parts of an atom: electrons, protons, and neutrons. What are electrons, protons, and neutrons? Electrons are the smallest of the three particles that make up atoms. Electrons are found in shells or orbitals that surround the nucleus of an atom. Protons and neutrons are found in the nucleus. They group together in the center of the atom. That's all you have to remember. Three easy pieces!

There are almost 120 known elements in the periodic table. (117 as we write this) Chemists and physicists are trying to make new ones every day in their labs. The atoms of different elements have different numbers of electrons, protons, and neutrons. Every element is unique and has an atomic number. That number tells you the number of protons in every atom of the element. The atomic number is also called the proton number.


Effective atomic number

Our editors will review what you’ve submitted and determine whether to revise the article.

Effective atomic number (EAN), number that represents the total number of electrons surrounding the nucleus of a metal atom in a metal complex. It is composed of the metal atom’s electrons and the bonding electrons from the surrounding electron-donating atoms and molecules. Thus, the effective atomic number of the cobalt atom in the complex [Co(NH3)6] 3 + is 36, the sum of the number of electrons in the trivalent cobalt ion (24) and the number of bonding electrons from six surrounding ammonia molecules, each of which contributes an electron pair (2 × 6 = 12).

The English chemist Nevil V. Sidgwick made the observation, since known as the EAN rule, that in a number of metal complexes the metal atom tends to surround itself with sufficient ligands that the resulting effective atomic number is numerically equal to the atomic number of the noble-gas element found in the same period in which the metal is situated. This rule seems to hold for most of the metal complexes with carbon monoxide, the metal carbonyls, as well as many organometallic compounds. By using this rule, it is possible to predict the number of ligands in these types of compounds and also the products of their reactions. The EAN rule is often referred to as the “18-electron rule” since, if one counts only valence electrons (6 for Co 3+ and 2 × 6 = 12 for 6 NH3), the total number is 18.

The Editors of Encyclopaedia Britannica This article was most recently revised and updated by Erik Gregersen, Senior Editor.


The half-life for radioactive decay (a first-order process) of plutonium-239 is 24,000 years. How many years would it take for one mole of this radioactive material to decay so that just one atom remains?

Your strategy here will be to use Avogadro's number to calculate the number of atoms of plutonium-239 that you're starting with.

One you know that, use the equation that allows you to calculate the amount of a radioactive nuclide that remains undecayed, #"A"_t# , in terms of the initial amount of the nuclide, #"A"_0# , and the number of half-lives, #n# , that pass in a given period of time #t# .

where #t_"1/2"# is the half-life of the nuclide.

So, you know that Avogadro's number acts as a conversion factor between the number of moles of a element and the number of atoms it contains

#color(blue)(|bar(ul(color(white)(a/a)"1 mole" = 6.022 * 10^(23)"atoms"color(white)(a/a)|))) -># Avogadro's number

Since you're dealing with one mole of plutonium-239, you can say that the initial amount of this isotope will be

The amount that remains undecayed is

Now, rearrange the above equation to solve for #n#

This will be equivalent to

Plug in your values to get

#n = 1/ln(2) * ln( (6.022 * 10^(23)color(red)(cancel(color(black)("atoms"))))/(1color(red)(cancel(color(black)("atom"))))) = 78.99#

This means that it takes #78.99# half-lives for your sample of plutonium-239 to decay from one mole to one atom.

Since the half-life of the nuclide is equal to #"24,000 years"# , it follows that you have

#n = t/t_"1/2" implies t = n * t_"1/2"#

#t = 78.99 * "24,000 years" = color(green)(|bar(ul(color(white)(a/a)color(black)(1.9 * 10^6"years")color(white)(a/a)|)))#

The answer is rounded to two sig figs, the number of sig figs you have for the half-life of the nuclide.

You can thus say that it will take #1.9# million years for one mole of plutonium-239 to decay to one atom.


The predicted variation of detected alphas with angle is followed closely by the Geiger-Marsden data. The above form includes the cross-section for scattering for a given nucleus and the nature of the scattering film to get the scattered fraction. Another common form for the Rutherford equation is just the differential cross section for scattering from a given nucleus.

For this equation, some of the constants have been combined to express the cross section in terms of the fine-structure constant, α.

This form of the scattering formula serves as a signature for scattering off a point target in which no structure is evident. The point of departure from Rutherford scattering in the case of the nucleus was the basis for the earliest evaluations of the nuclear radius.

The departure from the point-particle form of scattering has been an indicator of nuclear structure and then at higher energies, the structure of the proton.


How to Make an Atomic Bomb

We will look today at what you need in order to make a nuclear fission bomb. You need some money, as it would really help if you were the prince, sultan or other royalty of a small, but rich state. If not, you need to know on a first name basis some evil leader with lots of cash, oil, diamonds and so on, of a small but ambitious country, with a need for revenge on the world.

Step 1 - What is a nuclear fission bomb?

Fission bombs derive their power from nuclear fission, where heavy nuclei (uranium or plutonium) are bombarded by neutrons and split into lighter elements, more neutrons and energy. These newly liberated neutrons then bombard other nuclei, which then split and bombard other nuclei, and so on, creating a nuclear chain reaction which releases large amounts of energy. These are historically called atomic bombs, atom bombs, or A-bombs, though this name is not precise due to the fact that chemical reactions release energy from atomic bonds (excluding bonds between nuclei) and fusion is no less atomic than fission. Despite this possible confusion, the term atom bomb has still been generally accepted to refer specifically to nuclear weapons and most commonly to pure fission devices.

Step 2 - What do you need?

uma. The fissionable material

Plutonium239 isotope. Around 25 pounds (10 kg) would be enough. If you could find some Uranium235, that would be good, but not great. You would need to refine it using a gas centrifuge. The uranium hexafluoride gas is piped in a cylinder, which is then spun at high speed. The rotation causes a centrifugal force that leaves the heavier U-238 isotopes at the outside of the cylinder, while the lighter U-235 isotopes are left at the center. The process is repeated many times over through a cascade of centrifuges to create uranium of the desired level of enrichment. To be used as the fissile core of a nuclear weapon, the uranium has to be enriched to more than 90 per cent and be produced in large quantities.

You could try buying it from a former Soviet Republic, or from Iran, since they're trying so hard to produce it. North Korea is not ready yet, and unfortunately, Iraqi dealers retired from the business.

b. The explosive to start the nuclear chain reaction

100 pounds (44 kg) of trinitrotoluene (TNT). Gelignite (an explosive material consisting of collodion-cotton (a type of nitrocellulose or gun cotton) dissolved in nitroglycerine and mixed with wood pulp and sodium or potassium nitrate) would be better. Semtex would be good too, but it's a bit hard to get, these days.

To fabricate a detonator for the device, get a radio controlled (RC) servo mechanism, as found in RC model airplanes and cars. With a modicum of effort, a remote plunger can be made that will strike a detonator cap to effect a small explosion. These detonation caps can be found in the electrical supply section of your local supermarket. If you're an electronics wiz, you should be able to make it using a cellphone.

The explosion shock wave might be of such short duration that only a fraction of the pit is compressed at any instant as it passes through it. A pusher shell made out of low density metal such as aluminium, beryllium, or an alloy of the two metals (aluminium being easier and safer to shape but beryllium reflecting neutrons back into the core) may be needed and is located between the explosive lens and the tamper. It works by reflecting some of the shock wave backwards which has the effect of lengthening it. The tamper or reflector might be designed to work as the pusher too, although a low density material is best for the pusher but a high density one for the tamper. To maximize efficiency of energy transfer, the density difference between layers should be minimized.

Step 3 - How to build the nuke?

You will need to get the fissile material to the critical mass in order to start the chain reaction, which depends upon the size, shape and purity of the material as well as what surrounds the material. Your weapons-grade uranium will have to be in subcritical configuration.

First, you must arrange the uranium into two hemispherical shapes, separated by about 4 cm. Since it's highly radioactive, the best way do it is to ask the friend owning the small country to let you use one his facilities. You could use a nuclear plant, a steel factory or even a well equipped pharmaceutical installation as a disguise for your plans.

It is not sufficient to pack explosive into a spherical shell around the tamper and detonate it simultaneously at several places because the tamper and plutonium pit will simply squeeze out between the gaps in the detonation front. Instead, the shock wave must be carefully shaped into a perfect sphere centered on the pit and traveling inwards. This is achieved by using a spherical shell of closely fitting and accurately shaped bodies of explosives of different propagation speeds to form explosive lenses.

After a few careful calculations, all you need now is to carefully pack and transport your nuclear bomb to the targeted location. If you happen to be an Al-Qaeda fan, you should try to infiltrate a military facility, for the psychological effect. Watch it, though, they are usually well guarded!

Step 4 - Disguising the bomb and placing it for detonation

The smallest nuclear warhead deployed by the United States was the W54, which was used in the Davy Crockett recoilless rifle warheads in this weapon weighed about 23 kg and had yields of 0.01 to 0.25 kilotons. This is small in comparison to thermonuclear weapons, but remains a very large explosion with lethal acute radiation effects and potential for substantial fallout. It is generally believed that the W54 may be nearly the smallest possible nuclear weapon, though this may be only smallest by weight or volume, not simply smallest diameter.

The best way to disguise it would be in the form of an ordinary appliance, like a copier, a widescreen TV set, or any other inconspicuous electronic device.

Now, all you have to do is transport it to the selected location and get to a safe distance of a few tens of miles, but not far enough to get out of the range of the remote detonator. That is why a cellphone is strongly recommended for its wide range capabilities.


Assista o vídeo: Núcleo Atómico (Novembro 2021).