Partículas subatômicas e componentes do átomo

Partícula subatômica (subatomic particle)

Partículas subatômicas (subatomic particles) são partículas menores que os átomos. As partículas subatômicas incluem partículas compostas, que são formadas por partículas constituintes menores, e partículas elementares, que são consideradas indivisíveis. Na engenharia nuclear, as seguintes partículas elementares são particularmente importantes:

• Hádrons (hadrons)
  • Bárions (baryons)
    • Nucleons (nucleons)
      • Prótons (protons)
      • Nêutrons (neutrons)
• Léptons (leptons)
  • Elétrons (electrons)
  • Pósitrons (positrons)
  • Neutrinos (neutrinos)

O nome ‘lépton (lepton)’ vem da palavra grega ‘λεπτός’, que significa pequeno e fino. Quando foram nomeados, pensava-se que tinham massa menor em comparação com outros tipos de partículas elementares, mas o táuon (tauon) descoberto na década de 1970 tem uma massa próxima a 1,9 vezes a do próton e do nêutron, apesar de ser um lépton, então 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: $e^-$ (elétron negativo, négatron) com carga negativa e $e^+$ (pósitron, positron) com carga positiva. Eles são idênticos em todas as propriedades, exceto pelo sinal da carga. Geralmente, quando se fala em elétron sem outra especificação, refere-se ao elétron negativo.

Sob certas condições, quando um pósitron e um elétron negativo colidem, esses dois elétrons se aniquilam e dois fótons são emitidos. Este processo é chamado de aniquilação de elétrons (electron annihilation) e os fótons produzidos 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 uma carga positiva do mesmo tamanho que a do elétron.

Nêutron (neutron)

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

Tem uma 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, um processo que leva em média cerca de 12 minutos.

Neutrino (neutrino)

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

Originalmente, acreditava-se que tivesse massa de repouso zero, mas em 1998, a equipe de pesquisa do Super-Kamiokande no Japão descobriu que possui 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 considerados os mais importantes, e geralmente são tratados 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 juntos pela força nuclear forte, 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): um núcleo atômico com um número específico de prótons e nêutrons

Isótopos (isotopes), Isóbaros (isobars), Isótonos (isotones), Isômeros nucleares (nuclear isomers)

Classificação	Definição
Isótopos (isotopes)	Nuclídeos com o mesmo número atômico, mas diferentes números de nêutrons
Isóbaros (isobars)	Nuclídeos com o mesmo número de massa, mas diferentes números de prótons e nêutrons
Isótonos (isotones)	Nuclídeos com o mesmo número de nêutrons, mas diferentes números atômicos
Isômeros nucleares (nuclear isomers)	Núcleos atômicos do mesmo nuclídeo, mas em um estado metaestável devido à excitação de um ou mais nucleons