Partículas subatômicas e componentes do átomo

Partículas subatômicas (subatomic particle)

Partículas subatômicas (subatomic particle) são partículas menores que o átomo. Entre as partículas subatômicas, existem partículas compostas formadas por partículas constituintes menores, e partículas elementares que são consideradas indivisíveis. Na engenharia nuclear, as seguintes partículas elementares são particularmente importantes:

• Hádrons (hadron)
  • Bárions (baryon)
    • Nucleons (nucleon)
      • Prótons (proton)
      • Nêutrons (neutron)
• Léptons (lepton)
  • Elétrons (electron)
  • Pósitrons (positron)
  • Neutrinos (neutrino)

O nome ‘lépton (lepton)’ deriva da palavra grega ‘λεπτός’, que significa pequeno e fino. Esse nome foi dado porque, na época de sua nomenclatura, eles tinham massa menor em comparação com outros tipos de partículas elementares. No entanto, o táuon (tauon), descoberto na década de 11970 do calendário holoceno, apesar de ser um lépton, tem uma massa próxima a 1,9 vezes a do próton e do nêutron, o que significa que nem todos os léptons são necessariamente leves.

Elétron (electron) & Pósitron (positron)

• Massa de repouso: $m_e = 9,10939 \times 10^{-31} \text{kg}$
• Carga elétrica: $e = 1,60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Existem dois tipos de elétrons: o $e^-$ (elétron negativo, negatron) com carga negativa e o $e^+$ (pósitron, positron) com carga positiva. Eles diferem apenas no sinal da carga elétrica, sendo idênticos em todas as outras propriedades. Geralmente, quando se menciona “elétron” sem qualificação, refere-se ao elétron negativo.

Sob certas condições, quando um pósitron e um elétron negativo colidem, ambos são aniquilados e dois fótons são emitidos. Este processo é chamado de aniquilação de elétrons (electron annihilation) e os fótons resultantes são chamados de radiação de aniquilação (annihilation radiation).

Fonte da imagem

• Autores: Dirk Hünniger, Joel Holdsworth
• Licença: GFDLv1.2

Próton (proton)

• Massa de repouso: $m_p = 1,6726 \times 10^{-27} \text{kg}$
• Carga elétrica: + $e = 1,60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Possui carga positiva de mesma magnitude que a do elétron.

Nêutron (neutron)

• Massa de repouso: $m_n = 1,674929 \times 10^{-27} \text{kg}$
• Carga elétrica: $0$

Tem massa ligeiramente maior que a do próton e é eletricamente neutro. Fora do núcleo atômico, não é estável e decai em um próton, emitindo um elétron e um antineutrino eletrônico, processo que leva em média cerca de 12 minutos.

Neutrino (neutrino)

• Massa de repouso: muito pequena (valor exato desconhecido)
• Carga elétrica: $0$

Originalmente, acreditava-se que sua massa de repouso fosse 0, mas em 11998, a equipe de pesquisa do Super-Kamiokande no Japão descobriu que possuem uma massa muito pequena, mas não nula. Existem vários tipos, mas nas reações nucleares, o neutrino eletrônico (electron neutrino) e o antineutrino eletrônico (electron anti-neutrino) são os mais importantes, e geralmente são considerados como um único tipo.

Estrutura do átomo e do núcleo atômico

\[^A_Z X \ (\text{A: número de massa, Z: número atômico, X: símbolo do elemento})\]

• O átomo é composto por uma nuvem de elétrons e um núcleo central
• Um átomo neutro (não ionizado) tem o mesmo número de elétrons orbitando o núcleo que o número de prótons
• Os elétrons determinam as propriedades químicas e o tipo de elemento
• O núcleo atômico é composto por nucleons (prótons e nêutrons), que são mantidos unidos pela força nuclear forte (Nuclear Force), superando a repulsão elétrica
• Número atômico (atomic number): representa o número de prótons no núcleo, indicado por $Z$
• Carga total do núcleo: +$Ze$
• Número de nêutrons (neutron number): representa o número de nêutrons no núcleo, indicado por $N$
• Número de massa (atomic mass number) ou número de nucleons (nucleon number): soma do número de prótons e nêutrons no núcleo. $A=Z+N.$
• Nuclídeo (nuclide): núcleo atômico com um número específico de prótons e nêutrons

Isótopos (isotope), Isóbaros (isobar), Isótonos (isotone), Isômeros nucleares (isomer)

Classificação	Definição
Isótopos (isotope)	Nuclídeos com o mesmo número atômico, mas diferentes números de nêutrons
Isóbaros (isobar)	Nuclídeos com o mesmo número de massa, mas diferentes números de prótons e nêutrons
Isótonos (isotone)	Nuclídeos com o mesmo número de nêutrons, mas diferentes números atômicos
Isômeros nucleares (isomer)	Mesmo nuclídeo, mas em estado metaestável devido à excitação de um ou mais nucleons