The nuclear atom · O átomo nuclear
| English | Português |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | núcleo |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | prótons |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | nêutrons |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | nuclídeo |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | número atômico |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | número nucleônico |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | núcleons |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | isótopos |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | unidade de massa atômica |
Firing at gold foil
- Rutherford's team fired α-particles at a thin gold foil.
- Most went straight through — but a rare few bounced almost straight back.
- "As if you fired a shell at tissue paper and it came back at you."
Disparo em folha de ouro
- A equipe de Rutherford disparou partículas α contra uma fina folha de ouro.
- A maioria passou direto — mas alguns poucos repeliram quase diretamente para trás.
- "Como se você disparasse uma granada contra papel tissue e ela voltasse para você."
Nuclear atom evidence lab · Laboratório de evidência do átomo nuclear
Connect observations to the nuclear model of the atom. · Conecte as observações ao modelo nuclear do átomo.
What the scattering showed
- Most pass through → the atom is mostly empty space.
- A rare big deflection → a tiny, dense, positive nucleus 原子核 holds the charge and mass.
Most alpha-particles pass nearly straight through; a few are deflected sharply by the tiny nucleus
O que o espalhamento mostrou
- A maioria passa → o átomo é maioritariamente espaço vazio.
- Uma deflexão grande rara → um núcleo pequeno, denso e positivo 原子核 detém a carga e a massa.
A maioria das partículas alfa passa quase em linha reta; algumas são desviadas agudamente pelo núcleo pequeno
Most α-particles passing straight through the gold foil showed that the atom is: · A maioria das partículas α passando reto pela lâmina de ouro mostrou que o átomo é:
If most go straight through, there is little in the way — the atom is mostly empty, with the mass and charge concentrated in a tiny nucleus. · Se a maioria passa reto, há pouco bloqueio — o átomo é maioritariamente vazio, com massa e carga concentradas num núcleo minúsculo.
The nuclear model
- Nucleus: protons 质子 (charge $+e$) and neutrons 中子 (no charge). Electrons ($-e$) surround it.
- The atom is $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; the nucleus only $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — but holds nearly all the mass.
- A neutral atom has as many electrons as protons.
Simple models of a helium atom and a lithium atom (not to scale)
O modelo nuclear
- Núcleo: prótons 质子 (carga $+e$) e nêutrons 中子 (sem carga). Elétrons ($-e$) o rodeiam.
- O átomo é $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; o núcleo apenas $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — mas detém quase toda a massa.
- Um átomo neutro tem tantos elétrons quanto prótons.
Modelos simples de um átomo de hélio e de um átomo de lítio (não à escala)
Almost all of an atom's mass is in its nucleus. · Quase toda a massa de um átomo está em seu núcleo.
Protons and neutrons are ~1 u each; electrons are ~1/1836 u, so the nucleus holds nearly all the mass. · Prótons e nêutrons são ~1 u cada; elétrons são ~1/1836 u, logo o núcleo detém quase toda a massa.
Notation
- A nuclide 核素 is written $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = proton number 质子数 (fixes the element), $A$ = nucleon number 核子数.
- Number of neutrons $N = A - Z$. Protons and neutrons together are nucleons 核子.
Notação
- Um nuclídeo 核素 escreve-se $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = número atómico 质子数 (define o elemento), $A$ = número de nucleões 核子数.
- Número de neutrões $N = A - Z$. Prótons e neutrões juntos são nucleões 核子.
Protons and neutrons together are called ____. · Prótons e nêutrons juntos são chamados ____.
The nucleon number $A$ counts the protons plus neutrons in the nucleus. · O número de nucleons $A$ conta os prótons mais nêutrons no núcleo.
How many neutrons are in $^{14}_{6}\text{C}$? · Quantos nêutrons existem em $^{14}_{6}\text{C}$?
$N = A - Z = 14 - 6 = 8$ neutrons. · $N = A - Z = 14 - 6 = 8$ nêutrons.
Isotopes 同位素
- Isotopes have the same proton number $Z$ but different numbers of neutrons.
- Example: $^{12}_{6}\text{C}$ and $^{14}_{6}\text{C}$ — same element, different mass.
Nuclide notation: nucleon number on top, proton number below
Isótopos 同位素
- Isótopos têm o mesmo número atómico $Z$ mas diferentes números de neutrões.
- Exemplo: $^{12}_{6}\text{C}$ e $^{14}_{6}\text{C}$ — mesmo elemento, diferente massa.
Notação de nuclídeo: número de nucleões em cima, número atómico em baixo
Isotopes of an element have: · Isótopos de um elemento têm:
Same $Z$ (so same element and chemistry) but different $N$, giving a different mass number $A$. · Mesmo $Z$ (logo mesmo elemento e química), mas diferente $N$, resultando em um número de massa diferente $A$.
What's conserved
- In any nuclear process, nucleon number $A$ and charge are conserved.
- These two rules let you balance every decay equation: the top numbers must add up on both sides, and so must the bottom numbers.
O que se conserva
- Em qualquer processo nuclear, o número de nucleões $A$ e a carga são conservados.
- Estas duas regras permitem balancear todas as equações de decaimento: os números de cima devem somar-se de ambos os lados, assim como os de baixo.
In a nuclear process, which quantities are always conserved? · Num processo nuclear, quais quantidades são sempre conservadas?
Nucleon number and charge are conserved. Proton and neutron numbers can each change (e.g. in β-decay a neutron becomes a proton). · Número de nucleons e carga são conservados. Os números de prótons e nêutrons podem mudar individualmente (ex: em decaimento β, um nêutron vira um próton).
Match each emitted particle to how it is written in a decay equation. · Associe cada partícula emitida à forma como ela é escrita numa equação de decaimento.
The top number is the nucleon number and the bottom the charge; both must balance across the equation. · O número superior é o número de nucleons e o inferior a carga; ambos devem equilibrar-se na equação.
Worked example: tritium
Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, is a radioactive isotope of hydrogen that emits a β$^{-}$ particle.
- Particles in a neutral atom: $Z = 1$ proton; $N = 3 - 1 = 2$ neutrons; $1$ electron (equal to the protons).
- Decay equation: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Check: top $3 = 3 + 0$; bottom $1 = 2 + (-1)$. The extra particle is an antineutrino.
- Quarks in the nucleus: a proton is uud and a neutron is udd, so one proton and two neutrons contain $2 + 1 + 1 = 4$ up quarks and $1 + 2 + 2 = 5$ down quarks.
- Check the charge: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, the charge of the single proton.
Exemplo resolvido: trítio
O trítio, $^{3}_{1}\text{H}$, é um isótopo radioativo do hidrogénio que emite uma partícula β$^{-}$.
- Partículas num átomo neutro: $Z = 1$ próton; $N = 3 - 1 = 2$ neutrões; $1$ eletrão (igual aos prótons).
- Equação de decaimento: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Verifique: topo $3 = 3 + 0$; base $1 = 2 + (-1)$. A partícula adicional é um antineutrino.
- Quarks no núcleo: um próton é uud e um neutrão é udd, logo um próton e dois neutrões contêm $2 + 1 + 1 = 4$ quarks up e $1 + 2 + 2 = 5$ quarks down.
- Verificar a carga: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, a carga do único próton.
Worked example: a chain of decays
A nucleus of radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, decays through a series of steps in which five α-particles and four β$^{-}$ particles are emitted. Identify the final nucleus.
- Nucleon number: each α removes $4$, each β$^{-}$ removes none: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Proton number: each α removes $2$, each β$^{-}$ adds $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Answer: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — lead.
- Check: the order of the decays does not matter; only the totals do. Charge and nucleon number are conserved at every single step, so they are conserved overall.
Exemplo resolvido: uma cadeia de decaimentos
Um núcleo de rádio-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, decai através de uma série de passos nos quais são emitidos cinco partículas α e quatro partículas β$^{-}$. Identifique o núcleo final.
- Número de nucleões: cada α remove $4$, cada β$^{-}$ remove nenhum: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Número atómico: cada α remove $2$, cada β$^{-}$ adiciona $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Resposta: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — chumbo.
- Verificar: a ordem dos decaimentos não importa; importam apenas os totais. A carga e o número de nucleões são conservados em cada passo individual, logo são conservados globalmente.
A nucleus with proton number $92$ emits three α-particles and two β⁻ particles. What is the proton number of the final nucleus? · Um núcleo com número de prótons $92$ emite três partículas α e duas partículas β⁻. Qual é o número de prótons do núcleo final?
Each α lowers $Z$ by $2$ and each β⁻ raises it by $1$: $92 - 6 + 2 = 88$. · Cada α reduz $Z$ em $2$ e cada β⁻ aumenta-o em $1$: $92 - 6 + 2 = 88$.
A neutral atom has $Z$ electrons — the proton number, never $A$. Isotopes differ only in neutrons, so their chemistry is identical. In a decay equation balance both rows: a β$^{-}$ is written $^{0}_{-1}\beta$, so it leaves $A$ unchanged and raises $Z$ by one. And "the nucleus is tiny" means about $10^{-15}\ \text{m}$ — a hundred thousand times smaller than the atom, not ten.
Um átomo neutro tem $Z$ elétrons — o número de prótons, nunca $A$. Os isótopos diferem apenas em neutrões, logo a sua química é idêntica. Num balanceamento de equação de decaimento, ambas as linhas: um β$^{-}$ escreve-se $^{0}_{-1}\beta$, logo deixa $A$ inalterado e eleva $Z$ em uma unidade. E "o núcleo é pequeno" significa cerca de $10^{-15}\ \text{m}$ — cem mil vezes menor que o átomo, não dez.
Atomic mass unit 原子质量单位
- The unit $\text{u}$ is set so that $^{12}_{6}\text{C}$ has mass exactly $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; a proton and a neutron are each about $1\ \text{u}$, an α-particle about $4\ \text{u}$ with charge $+2e$.
Unidade de massa atómica 原子质量单位
- A unidade $\text{u}$ está definida para que $^{12}_{6}\text{C}$ tenha massa exatamente $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; um próton e um neutrão têm cada um cerca de $1\ \text{u}$, uma partícula α cerca de $4\ \text{u}$ com carga $+2e$.
The unified atomic mass unit is defined so that carbon-12 has a mass of exactly 12 u. · A unidade atômica de massa unificada é definida de modo que o carbono-12 tenha massa exatamente 12 u.
Yes — that definition fixes $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$. · Sim — essa definição fixa $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.
You've got it
- α-scattering → atom is mostly empty with a tiny dense nucleus
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ protons, $A$ nucleons, $N = A - Z$ neutrons, $Z$ electrons when neutral; isotopes share $Z$
- nuclear processes conserve nucleon number and charge — balance both rows of every equation
Entendeu?
- Espalhamento α → átomo é maioritariamente vazio com um núcleo pequeno e denso
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ prótons, $A$ nucleões, $N = A - Z$ neutrões, $Z$ elétrons quando neutro; isótopos compartilham $Z$
- processos nucleares conservam número de nucleões e carga — balanceie ambas as linhas de toda a equação