Estrutura da matéria: os átomos

O Átomo

A idéia de átomo provavelmente é uma das mais primitivas da física.  Seu conceito foi originado pelos gregos, dando a esta partícula o nome átomo, que em grego significa “indivisível”.  O nome foi bem aceito até o início do século XX, quando Einstein conseguiu mostrar que era possível partir um átomo e obter uma grande quantidade de energia, que pode ser muito útil no fornecimento de energia elétrica a uma grande cidade, ou então, nefasta, quando utilizada em bombas atômicas.

O átomo é composto por um núcleo de prótons e nêutrons, e de elétrons (que se movimentam em torno do núcleo em órbitas fechadas e distribuídas em camadas). No núcleo está concentrada praticamente toda a sua massa. Já a massa dos elétrons são 1.840 vezes menor do que a do núcleo.Prótons têm carga elétrica positiva.(+)Nêutrons não têm carga elétrica.Elétrons têm carga elétrica negativa. (-) Quanto à atraçãoPrótons + Prótons = se repelemElétrons + Elétrons = se repelemNêutrons + Nêutrons = não se repelem nem se atraemPrótons + Elétrons = se atraem

O estado fundamental do átomo é quando ele está livre de influências externas. Neste caso, o número de prótons é igual ao número de elétrons: o átomo está eletronicamente neutro. A unidade utilizada para se medir a quantidade de carga elétrica de um corpo é o Coulomb (C).

As Camadas Eletrônicas

Quanto mais próximo estiver o elétron do núcleo, menos será a sua energia, pois ele será atraído pelo próton do núcleo. De forma geral, podemos dizer que a energia total do elétron aumenta conforme ele se afasta do núcleo. Os elétrons encontram-se em níveis de energia diferentes, conforme a sua distância com relação ao núcleo. À medida que o elétron adquire energia, ele se afasta do núcleo e passa de um nível de energia para outro nível de maior nível energético. Tais níveis são conhecidos como camadas eletrônicas.

Camada de Valência

A camada mais externa dos elétrons é chamada camada de valência. Esta camada é responsável por juntar os átomos, formando uma molécula. Quando estas moléculas se juntam formam um corpo. Na camada de valência pode haver no máximo oito elétrons. Alguns elétrons podem ser facilmente retirados dos seus átomos (elétrons livres). São eles os responsáveis pela corrente elétrica.

Bons e maus condutores

Um determinado material é considerado bom condutor quando os elétrons da sua camada de valência são fracamente atraídos pelo núcleo do átomo, podendo facilmente ser retirados. Um bom condutor apresenta uma grande quantidade de elétrons livres, formando uma espécie de “nuvem eletrônica”. Um bom condutor permite que partículas eletrizadas se movimentem com facilidade.

Exemplos: ouro, prata, cobre, alumínio. 

Os materiais maus condutores, que também são chamados de isolantes, possuem os elétrons da camada de valência fortemente atraídos pelo núcleo do átomo, o que torna extremamente difícil fazer com que esses elétrons saiam do átomo e tornem-se livres. Os materiais considerados isolantes oferecem grande resistência à passagem de corrente elétrica.

Exemplos: borracha, poliéster, teflon, baquelita, água pura e vidro.

Resistividade

A dificuldade de passagem de corrente elétrica por determinado material é chamada de resistividade ou resistência elétrica do material. A unidade que mede a resistência elétrica é a ohm.

Semicondutores

Semicondutores são materiais que estão entre o grupo de materiais bons condutores e o grupo de materiais maus condutores. Ou seja: os semicondutores possuem uma resistividade maior do que a dos condutores (que possuem mais prótons); porém menor que a dos isolantes (que possuem mais elétrons). Exemplos: silício, germânio, arsênio e gálio. São com estes materiais que são fabricados os transistores, diodos e outros componentes usados na eletrônica.

Processos de eletrização

Dizemos que um corpo está eletrizado quando existe um desequilíbrio entre o número de prótons e o de elétrons em sua estrutura. Existem três processos básicos de eletrização: por atrito, contato e indução. 

Eletrização por atrito

Ocorre quando existe contato entre dois corpos inicialmente neutros de materiais diferentes. Haverá entre eles uma troca de elétrons de forma que ambos se eletrizam. O material que cede elétrons fica carregado positivamente e o que recebe, negativamente. Neste processo, os materiais ficam eletrizados apenas nos pontos de contato. 

Eletrização por contato

Quando dois condutores entram em contato, um deles eletrizado e o outro neutro, verifica-se que o condutor inicialmente neutro se eletriza com carga de sinal igual ao do condutor eletrizado, até que ocorra o equilíbrio entre os dois corpos.

Eletrização por indução

Neste processo de eletrização, não existe contato entre os corpos. Aproximando um corpo eletrizado de um corpo positivo, as cargas de sinais diferentes na área eletrizada se afastarão e o corpo ficará com suas cargas juntas pela sua área. O corpo fica neutro, porém se analisada cada área separadamente elas estarão com predominância de uma carga enquanto o corpo eletrizado estiver próximo.