Questões
01)
Explique
o processo de funcionamento das lâmpadas fluorescentes e incandescentes.
Primeiro, vamos dar uma breve
explicação de ‘luz’:
A luz é uma forma de energia
que pode ser liberada por um átomo. Ela é feita de várias partículas pequenas,
como se fossem pacotes, que têm energia e força, mas não têm massa. Estas
partículas, chamadas fótons, são as unidades fundamentais da luz.
Os átomos liberam os fótons
de luz quando seus elétrons são excitados.
Uma onda de luz consiste de
energia na forma de campos elétricos e magnéticos. Os campos vibram
perpendicularmente à direção do movimento da onda e perpendiculares uns aos
outros. Devido ao fato da luz ter tanto um campo elétrico quanto magnético,
também é chamada de radiação eletromagnética.
A frequência é o número de
ondas que passa por um ponto no espaço durante um intervalo de tempo
determinado, normalmente um segundo. Ela é medida em unidades de ciclos (ondas)
por segundo ou Hertz (Hz). A frequência de luz visível é chamada de cor e varia
entre 430 trilhões de Hz, vista como vermelho, até 750 trilhões de Hz, vista
como violeta. A escala total de frequências vai além do espectro visível, de
menos de 1 bilhão de Hz (como nas ondas de rádio) até mais de 3 bilhões de
bilhões de Hz (como nos raios gama). As ondas de luz são ondas de energia. Das
luzes visíveis, o violeta tem mais energia e o vermelho tem menos.
A luz não somente vibra em
frequências diferentes, mas também viaja em velocidades diferentes. As ondas de
luz se movem no vácuo em sua velocidade máxima, que é de 300 mil km/s, o que
faz da luz o fenômeno mais rápido do universo. As ondas de luz diminuem sua
velocidade quando viajam em substâncias como o ar, água, vidro ou um diamante.
Lâmpada
Incandescente
É constituída por um
filamento de tungstênio alojado no interior de um bulbo de vidro preenchido com
gás inerte (argônio). Quando da passagem da corrente elétrica pelo filamento,
os elétrons se chocam com os átomos de tungstênio, liberando uma energia que se
transforma em luz e calor.
As lâmpadas
elétricas (incandescentes) têm uma estrutura muito simples. Na base, existem
dois contatos de metal, que são ligados a dois fios rígidos, que são conectados
ao filamento de
metal fino. O filamento fica no meio da lâmpada, protegido por uma cápsula de vidro. Os
fios e o filamento estão dentro da lâmpada de vidro, que é cheia de gás inerte, como o argônio.
Quando a lâmpada é ligada a um sistema de energia, uma corrente
elétrica flui de um contato para o outro, passando pelos fios e pelo
filamento. A corrente elétrica em um condutor sólido é o fluxo de elétrons
livres (elétrons que não estão fortemente presos a um átomo) de uma área
carregada negativa para uma área carregada positivamente.
Como os elétrons movem-se rapidamente através do filamento, eles estão
constantemente batendo nos átomos que compõem o filamento. A energia de cada
impacto faz um átomo vibrar, ou seja, a corrente aquece o átomo.
Um condutor fino aquece mais facilmente do que um grosso, pois é mais
resistente ao fluxo dos elétrons.
Os elétrons associados aos átomos que vibram podem ser impulsionados
temporariamente para um nível mais alto de energia. Quando eles voltam ao seu
nível normal, os elétrons liberam energia extra na forma de fótons. Geralmente,
os átomos de metais liberam fótons de luz infravermelha, que é invisível
ao olho
humano. Porém, se os átomos forem aquecidos a
aproximadamente 2.200º C (4.400º F) como por exemplo no caso da lâmpada
elétrica, emitirão uma quantidade considerável de luz visível.
O filamento da lâmpada é feito de um longo e fino fio de tungstênio.
Em uma lâmpada comum de 60 watts, o tungstênio mede quase 2 metros (6,5 pés) de
comprimento e somente um centésimo de polegada de diâmetro. O tungstênio é
colocado em uma bobina dupla, para que caiba em um espaço pequeno. Isto
é, o filamento é enrolado para fazer uma bobina que depois é recoberta por uma
bobina maior. Na lâmpada de 60 watts, a bobina tem menos de uma polegada de
comprimento.
O tungstênio é usado em praticamente todas as lâmpadas incandescentes,
pois é um material ideal para filamento.
Lâmpada Fluorescente
O elemento principal de uma lâmpada fluorescente é o tubo selado de
vidro. Este tubo contém uma pequena porção de mercúrio e um gás inerte,
tipicamente o argônio, mantidos sob pressão muito baixa. O tubo também contém
um revestimento de pó de fósforo na parte interna do vidro e dois eletrodos, um
em cada extremidade, conectados a um circuito elétrico.
Quando você acende a lâmpada, a corrente flui pelo circuito elétrico até
os eletrodos. Passa uma voltagem considerável através dos eletrodos, então os
elétrons migram através do gás de uma extremidade para a outra. Esta energia
modifica parte do mercúrio dentro do tubo de líquido para gás. Como os elétrons
e os átomos carregados se movem dentro do tubo, alguns deles irão colidir com
os átomos dos gases de mercúrio. Estas colisões excitam os átomos, jogando-os
para níveis de energia mais altos. Quando os elétrons retornam para seus níveis
de energia originais, eles liberam fótons de luz.
Os elétrons nos átomos de mercúrio estão dispostos de tal maneira que
liberam fótons de luz na faixa de comprimento de onda da ultravioleta. Nossos
olhos não registram os fótons ultravioleta, então este tipo de luz precisa ser
convertida em luz visível para iluminar a lâmpada.
É aqui que o revestimento de pó de fósforo do tubo entra em ação. Os
fosforosos são substâncias que emitem luz quando expostas à luz. Quando um
fóton atinge com um átomo de fósforo, um dos elétrons do fósforo pula para um
nível mais alto de energia e o átomo se aquece. Quando o elétron volta para o
seu nível normal de energia, ele libera energia na forma de outro fóton. Este
fóton tem menos energia do que o original porque parte desta energia foi
perdida na forma de calor. Em uma lâmpada fluorescente, a luz emitida está no
espectro visível, o fósforo emite luz branca que podemos enxergar. Os
fabricantes podem variar a cor da luz usando combinações de fosforosos
diferentes.
Quando a lâmpada
fluorescente é ligada, os filamentos dos dois eletrodos aquecem rapidamente e
liberam os elétrons que ionizam o gás no tubo. Uma vez que o gás está ionizado,
a diferença de voltagem entre os eletrodos estabelece um arco elétrico. As partículas
carregadas que fluem excitam os átomos de mercúrio provocando o processo de
iluminação.
Resumindo:
As lâmpadas incandescentes
‘incandescem’ e as lâmpadas fluorescentes ‘fluorescem’. Ou seja, grosso modo, na
lâmpada incandescente o filamento de tungstênio produz luz e calor quando é
submetido à passagem de uma determinada corrente elétrica. Na lâmpada
fluorescente é o mercúrio que produz fótons de luz ultravioleta quando é
submetido à passagem de determinada corrente elétrica e o revestimento de pó de
fósforo do tubo converte a luz ultravioleta em luz visível para os olhos
humanos.
02)
Qual
a importância da evolução dos modelos atômicos?
Resumo da evolução dos
modelos atômicos:
Leucipo viveu por volta de 450 a. C. (à 2.450 de anos
atrás) e dizia que a matéria podia ser dividida em partículas cada vez menores,
até chegar-se a um limite.
Demócrito, discípulo de Leucipo, viveu por volta de 470 a
380 a. C. e afirmava que a matéria era
descontínua, isto é, a matéria era formada por minúsculas partículas
indivisíveis, as quais foram denominadas de átomo (que em grego significa
"indivisível"). Demócrito postulou que todos os tipos de matéria era
formada a partir da combinação de átomos de 4 elementos: água, ar , terra e
fogo. O modelo da matéria descontínua foi rejeitada por um dos grandes
filósofos da época, Aristóteles, o qual afirmava que a matéria era contínua,
isto é, a matéria vista como um "todo inteiro" (contrastando com a ideia
de que a matéria era constituída por minúsculas partículas indivisíveis).
O químico inglês John Dalton, que viveu entre 1.766 a
1.825, afirmava que o átomo era a partícula elementar, a menor partícula que constituía
a matéria. Em 1.808, Dalton apresentou seu modelo atômico: o átomo como uma
minúscula esfera maciça, indivisível, impenetrável e indestrutível. Para ele,
todos os átomos de um mesmo elemento químico são iguais, até mesmo as suas
massas. Hoje, nota-se um equívoco pelo fato da existência dos isótopos, os
quais são átomos de um mesmo elemento químico que possuem entre si massas
diferentes. Seu modelo atômico também é conhecido como "modelo da bola de
bilhar".
Pesquisando os raios catódicos, o físico inglês J. J.
Thomson demonstrou que os mesmos podiam ser interpretados como sendo um feixe
de partículas carregadas de energia elétrica negativa, as quais foram chamadas
de elétrons. Utilizando campos magnéticos e elétricos, Thomson conseguiu
determinar a relação entre a carga e a massa do elétron. Ele conclui que os
elétrons (raios catódicos) deveriam ser constituintes de todo tipo de matéria,
pois observou que a relação carga/massa do elétron era a mesma para qualquer
gás que fosse colocado na Ampola de Crookes (tubo de vidro rarefeito no qual se
faz descargas elétricas em campos elétricos e magnéticos). Com base em suas
conclusões, Thomson colocou por terra o modelo do átomo indivisível e
apresentou seu modelo, conhecido também como o "modelo de pudim com
passas".
O modelo atômico de Rutherford é baseado nos resultados
da experiência que Rutherford e seus colaboradores realizaram: bombardeamento
de uma lâmina muito fina (delgada) de ouro (Au) com partículas alfa (que eram
positivas). Rutherford e seus colaboradores verificaram que, para
aproximadamente cada 10.000 partículas alfa que incidiam na lâmina de ouro,
apenas uma (1) era desviada ou refletida. Com isso, concluíram que o raio do
átomo era 10.000 vezes maior que o raio do núcleo. Comparando, se o núcleo de
um átomo tivesse o tamanho de uma azeitona, o átomo teria o tamanho do estádio
do Morumbi. Surgiu então em 1.911, o modelo do átomo nucleado, conhecido como o
modelo planetário do átomo: o átomo é constituído por um núcleo central
positivo, muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo porém com grande
massa e ao seu redor, localizam-se os elétrons com carga negativa (compondo a
"enorme" eletrosfera) e com pequena massa, que neutraliza o átomo.
Porém, o modelo de Rutherford têm dois equívocos:
-
Uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma
carga positiva estacionária, adquire movimento espiralado em direção à carga
positiva acabando por colidir com ela;
-
Uma carga negativa em movimento irradia (perde) energia
constantemente, emitindo radiação. Porém, sabe-se que o átomo em seu estado
normal não emite radiação.
O físico dinamarquês Niels Bohr conseguiu
"solucionar" os equívocos cometidos por Rutherford baseando-se na
ideia de que um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se
estiver em órbitas específicas, definidas, e não se encontra em movimento ao
redor do núcleo em quaisquer órbitas. As órbitas permitidas constituem os
níveis de energia do átomo ( camadas K L M N ... ).
Após o modelo de Bohr postular a existência de órbitas
circulares específicas, definidas, em 1916 Sommerfeld postulou a existência de
órbitas não só circulares, mas elípticas também. Para Sommerfeld, num nível de
energia n, havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes
excentricidades.
Por exemplo, no nivel de energia n = 4 (camada N), havia
uma órbita circular e três órbitas elípticas. Cada uma das órbitas elípticas
constitui um subnível, cada um com sua energia.
Os modelos atômicos evoluíram até chegarmos ao modelo
atual da Nuvem Eletrônica.
O modelo atômico atual aceita alguns princípios:
-Elétrons possuem carga negativa, massa muito pequena e se
movem em órbitas ao redor do núcleo atômico;
-
O núcleo atômico está situado no centro do átomo, sendo
constituído por prótons que são partículas de carga elétrica positiva, cuja
massa é de aproximadamente 1.837 vezes superior à massa do elétron, e por
nêutrons, partículas sem carga e com massa ligeiramente superior a dos prótons;
-O átomo é eletricamente neutro porque possui número igual
de elétrons e prótons;
-
O número de prótons no átomo se chama número atômico,
representado pela letra Z e utilizado para estabelecer o lugar de um determinado
elemento na tabela periódica dos elementos.
-
A tabela periódica é uma ordenação sistemática dos
elementos químicos conhecidos;
-
Cada elemento possui um número de elétrons distribuídos
nos diferentes níveis de energia do átomo correspondente;
-
Os níveis energéticos (ou camadas) são denominados pelos
símbolos K, L, M, N, O, P e Q;
-A camada mais próxima do núcleo (K) comporta somente dois
elétrons. As camadas L e Q comportam oito elétrons. As camadas M e P comportam
dezoito elétrons. E por fim, as camadas N e O comportam trinta e dois elétrons.
-
Os elétrons da última camada são responsáveis pelo
comportamento químico do elemento e por isso são denominados de Elétrons de Valência;
-
O número de massa (representado pela letra A) é equivalente
à soma do número de prótons e nêutrons presentes no núcleo;
Calculando: A= Z + N ou N = A - Z
Sendo:
A: Massa
Z: Número Atômico ou Número de Prótons
N: Número de Nêutrons
Exemplo: O elemento Cálcio tem 20 prótons, sua massa é de
90g, qual será o número de nêutrons?
Usando a fórmula temos: 90 = 20 + N. Logo, N tem valor de
70. Conclui-se que o número de nêutrons neste elemento é setenta.
Os átomos estão presentes em todo corpo existente, sendo
é muito importante o estudo do átomo. Com as novas descobertas as teses do modelo
atômico vão se aperfeiçoando.
Os conhecimentos científicos estão intimamente ligados ao
grande desenvolvimento tecnológico da nossa sociedade atual. Assim pode-se
dizer que o desenvolvimento dos modelos atômicos foi um dos responsáveis pelo
avanço no ramo médico que vai desde medicamentos até os modernos aparelhos de
ressonância magnética. Tudo graças à evolução do Modelo Atômico.
03) Como vocês já devem ter observado o universo em que vivemos é colorido.
O que define essas cores?
Como a luz é uma forma de
energia que atravessa o espaço e pode ser tratada como uma onda, o que define
uma cor é o tamanho dessa onda de energia. Exemplo: ondas menores são azuis,
ondas maiores são vermelhas.
03)
Explique
o que são nanopartículas superparamagnéticas.
São partículas nanométricas
que apresentam magnetização apenas na presença de um campo magnético externo,
ou seja, não produzem seu próprio campo magnético. Quando a fonte magnética
externa é retirada, as nanopartículas não permanecem magnetizadas. A
propriedade de superparamagnetismo está diretamente ligada ao tamanho das
nanopartículas magnéticas (nanopartículas com tamanho médio de 50nm são obtidas
utilizando-se a síntese de nanopartículas superparamagnéticas de magnetita
através do método da co-precipitação).
Quanto mais próxima da forma
esférica e maior uniformidade entre as formas, maior será a eficiência das
nanopartículas com maior aplicabilidade, seja como ferrofluido, como separador
de células ou removedor de poluentes. Sendo assim, o controle do tamanho das
nanopartículas durante a síntese é extremamente importante para aplicações
tecnológicas.
Dentre os diversos materiais
ferromagnéticos, os óxidos de ferro se destacam pela sua disponibilidade, baixo
custo, facilidade de preparação e estabilidade.
