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Actualização 10 de novembro de 2014

Tamanho dos atomos

Veja um átomo de cerca de 1 angstrom

O termo átomo tem origem no grego (atomos, "indivisível"), é a menor partículas de um elemento químico, que é composto de um núcleo em torno do qual se movem um certo número de electrões, 1 para o átomo de hidrogénio, 6 para o carbono, 26 para o ferro, 92 para o urânio, etc.
Estas são as interações elétron-elétron, devido às suas propriedades quânticas surpreendentes que dão origem à grande diversidade de elementos que encontramos na natureza. A organização dos elementos da natureza é representada pela tabela periódica dos elementos ou tabela de Mendeleyev que classifica todos os elementos químicos naturais e artificiais ordenados por número atômico (número de prótons) crescendo e organizados de acordo com sua configuração eletrônica.
O mundo dos electrões pertence ao mundo quântico dos átomos, ou seja, ao mundo microscópico. Entre o átomo do mundo microscópico e o mundo macroscópico, existe um número muito grande de grandezas. Em um grama de material, tais como o carbono 12, há ≈1022 átomos.
Sabemos o tamanho aproximado dos átomos desde 1811, Amedeo Avogadro (1776-1856) estimou seu tamanho para 1 angstrom, ou seja, 10-10 m, e um século mais tarde, em 1911, Ernest Rutherford (1871-1937) precisa a estrutura do átomo e dá umo tamanho ao núcleo atómico da ordem de 10-14 metros. Pode-se dizer que os átomos estão separadas uns aos outros de alguns angstroms.
Mas desde o advento da mecânica quântica na década de 1920, não representa-se o elétron como um objeto rodando em uma órbita muito regular ao redor do núcleo, como em um modelo global. Sabemos agora que o movimento de um elétron é bastante diferente do movimento planetário. Na mecânica quântica, o elétron não segue um único caminho, é aqui e ali, em uma região ao redor do núcleo que é chamado a nuvem atômica ou orbital eletrônico.
Os orbitais do elétron pode assumir diferentes formas características, dependendo da natureza do átomo, por exemplo, o orbital do átomo de hidrogénio tem uma forma esférica, o orbital do átomo de oxigénio tem a forma de duas gotas de água, o orbital do átomo de ferro está na forma de quatro gotas de água. Esta forma do orbital atómico define o tamanho do átomo.
Assim, o diâmetro da nuvem de electrões em torno do núcleo, isto é, o diâmetro de todo o átomo é da ordem de 0,1 nanómetro ou 10-10 metro. Um átomo é tão pequeno, que pode alinhar 10 milhões de átomos sobre um milímetro. No entanto, a nuvem de electrões de um átomo não tem uma dimensão bem definida, porque é uma sobreposição de orbitais atómicas por natureza probabilística (variam). Por conseguinte, não existe, nenhuma definição unica, ou nenhuma medida precisa do tamanho dos átomos porque a forma desta região do espaço atómico depende da energia do elétron e do momento angular.

 Mas para ter uma idéia do tamanho do átomo, os cientistas têm definido um raio atômico teórica. Um raio atómico teórico é metade da distância média entre os núcleos dos átomos ligados entre os mesmos. Embora esta distância varia, dependendo das propriedades do átomo, que pode ser calculado para cada núcleo, o tamanho dos orbitais atómicos (ver tabela). O tamanho dos átomos aumenta dependendo do número de electrões ou em vez de acordo da ocupação dos orbitais atómicos dos electrões da camada exteriores que se encontra menos ligado ao núcleo, que as camadas interiores.
Mais há camadas (níveis de energia quântica) no átomo e mais a camada exterior é expandida, isto é, a sobreposição dos orbitais atómicos aumenta o tamanho de átomos porque a camada externa é cada vez menos relacionada com o núcleo e por conseguinte, mais livre.
No entanto, mais há elétrons nas camadas internas, e mais a atração do núcleo atômico é crescente porque há cada vez mais prótons e portanto, cargas positivas. Esta propriedade (número de prótons) limita a extensão espacial dos orbitais atômicos carregados negativamente (cargas negativas dos elétrons), aproximando-os do núcleo.

Theoretical size of atoms in picometers (pm)
(1 pm = 10-12 meter)
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H  Hydrogen :
number of electron by energy levels 1
53Ca Calcium :
number of electron by energy levels 2, 8, 8, 2
194Y  Yttrium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 9, 2
212Hf Hafnium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 10, 2
208
He Helium :
number of electron by energy levels 2
31Sc Scandium :
number of electron by energy levels 2, 8, 9, 2
184Zr Zirconium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 10, 2
206Ta Tantalum :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 11, 2
200
Li Lithium :
number of electron by energy levels 2, 1
167Ti Titanium :
number of electron by energy levels 2, 8, 10, 2
176Nb Niobium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 12, 1
198W  Tungsten :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 12, 2
193
Be Beryllium :
number of electron by energy levels 2, 2
112V  Vanadium :
number of electron by energy levels 2, 8, 11, 2
171Mo Molybdenum :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 13, 1
190Re Rhenium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 13, 2
188
B  Boron :
number of electron by energy levels 2, 2
87Cr Chromium :
number of electron by energy levels 2, 8, 13, 1
166Tc Technetium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 13, 2
183Os Osmium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 14, 2
185
C  Carbon :
number of electron by energy levels 2 ,4
67Mn Manganese :
number of electron by energy levels 2, 8, 13, 2
161Ru Ruthenium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 15, 1
178Ir Iridium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 15, 2
180
N  Nitrogen :
number of electron by energy levels 2, 5
56Fe Iron :
number of electron by energy levels 2, 8, 14, 2
156Rh Rhodium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 16, 1
173Pt Platinium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 17, 1
177
O  Oxygen :
number of electron by energy levels 2, 6
48Co Cobalt :
number of electron by energy levels 2, 8, 15, 2
152Pd Palladium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18
169Au Gold :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 1
174
F  Fluorine :
number of electron by energy levels 2, 7
42Ni Nickel :
number of electron by energy levels 2, 8, 16, 2 or 2, 8, 17, 1
149Ag Silver :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 1
165Hg Mercury :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 2
171
Ne Neon :
number of electron by energy levels 2, 8
38Cu Copper :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 1
145Cd Cadmium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 2
161TL Thallium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 3
156
Na Sodium :
number of electron by energy levels 2, 8, 1
190Zn Zinc :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 2
142In Indium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 3
156Pb Lead :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 4
154
Mg Magnesium :
number of electron by energy levels 2, 8, 2
145Ga Gallium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 3
136Sn Tin :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 4
145Bi Bismuth :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 5
143
Al Aluminium :
number of electron by energy levels 2, 8, 3
118Ge Germanium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 4
125Sb Antimony :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 5
133Po Polonium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 6
135
Si Silicon :
number of electron by energy levels 2, 8, 4
111As Arsenic :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 5
114Te Tellurium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 6
123At Astatine :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 7
127
P  Phosphorus :
number of electron by energy levels 2, 8, 5
98Se Selenium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 6
103I  Iodine :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 7
115Rn Radon :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 18, 8
120
S  Sulfur :
number of electron by energy levels 2, 8, 6
88Br Bromine :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 7
94Xe Xenon :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 8
108  
Cl Clorine :
number of electron by energy levels 2, 8, 7
79Kr Krypton :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 8
88Cs Caesium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 8, 1
298  
Ar Argon :
number of electron by energy levels 2, 8, 8
71Rb Rubidium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 8, 1
265Ba Barium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 18, 8, 2
253  
K  Potassium :
number of electron by energy levels 2, 8, 8, 1
243Sr Strontium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 8, 2
219Lu Lutetium :
number of electron by energy levels 2, 8, 18, 32, 9, 2
217  

Tableau : rayon atomique théorique (calculé) de certains atomes, la taille est donnée en picomètres (10-12 mètre). Le rayon atomique est la moitié de la distance qui sépare les noyaux de deux atomes contigus. Les valeurs indiquées dans ce tableau ne sont qu'indicatives.

Tamanho dos atomos

Imagem: Desde a década de 1990 por meio de microscópio de corrente de tunelamento, é possível visualizar e manipular átomos individualmente na superfície de um material. Isto permite realizar pequenas estruturas atômicas que são a base da nanotecnologia. Para atingir este tipo de imagem, a ponta muito fina de microscópio de corrente de tunelamento varre a superfície do material a uma altitude de poucos nanómetros emitindo uma tensão constante. Passando por cima dos orbitais atômicos, é capaz de registrar as variações ínfimas da corrente túnel que irá fluir para a superfície. Na superfície do material, um pequeno fluxo de electrões capazes de atravessar a barreira de potencial por "efeito de túnel" um fenómeno bem conhecido da mecânica quântica. Esta corrente eléctrica é depois medida por o microscópio de corrente de tunelamento e a ponta reproduz fielmente a topografia da superfície com uma resolução da ordem de 0,1 nanômetro ou um angstrom, isto é, o tamanho do átomo. Assim, podemos ver hoje, este mundo quântico misterioso dentro do qual evoluem todas as partículas de matéria e representar-se a estrutura de cristal dos elementos químicos no infinitamente pequeno. crédito de imagem : STM Image Gallery Blue Nickel.

N.B.: Varios átomos podem estabelecer ligações químicas entre si, através de seus elétrons e, em geral, as propriedades químicas dos átomos são determinadas pela sua configuração eletrônica, que deriva do número de prótons em seu núcleo. Este número, chamado número atômico, define um elemento químico.

A menor película do mundo

Desde a década de 1990 por meio de microscópio de corrente de tunelamento é possível de ver e manipular átomos individuais na superfície de um material.
Esta película foi feita pela IBM, com átomos de ferro sobre uma placa de cobre, esta é a pequena película no mundo.
Nesta nano película cada ponto de luz é um átomo, que ocupa 12 pixels na tela. As pequenas ondas que criam oscilações em torno de pontos brilhantes não são um defeito do filme, mas as ondas de elétrons. Essas oscilações de Friedel não são uma raridade, mas traem a natureza quântica de átomos, de cada vez partículas e ondas. A forma destas oscilações de electrões é uma verdadeira ID dos electrões.
Este filme, à escala nanométrica, mede 52 por 32 átomos de ferro, ou seja, ≈8 nanômetros no ≈5 nanômetros. Em um comprimento de 1 mm poderá alinhar 10 000 filmes deste tamanho.
Cada imagem é produzida com a ponta de um microscópio de corrente de tunelamento, à unos poucos graus do zero absoluto, é também a película mais fria do mundo.

N.B.: Jacques Friedel (1921 - 2014) foi um físico francês, professor emérito da Universidade Paris Sud Orsay, especialista em física teórica estado sólido. Ele foi presidente da Academia de Ciências para o período 1993-1994.


A menor película do mundo
Em um comprimento de 1 mm poderá alinhar 10 000 filmes deste tamanho.


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