Elementos e átomos

RKA8JV Há muitos anos, nós humanos sabemos, só de olhar para o ambiente ao redor da gente, que existem diferentes substâncias, e essas diferentes substâncias tendem a ter propriedades distintas. E, não só propriedades distintas, um talvez reflita a luz de uma maneira ou não reflita luz nenhuma, ou é de certa cor, ou, em certa temperatura, passe a ser líquido, gás ou sólido, mas também começamos a observar como elas reagem entre elas em certas circunstâncias. Aqui você está vendo algumas fotos de algumas dessas substâncias. Essa é uma foto do carbono e está na sua forma de grafite. Esse aqui é o chumbo, esse aqui é o ouro. Para todos que eu desenhei, que eu mostrei as fotos, eu peguei tudo desse website aqui. Todos estão em sua forma sólida, mas também sabemos que parece que existe certos tipos de ar, certos tipos de partículas e, dependendo do tipo de partícula de ar que você está olhando, se é carbono, oxigênio ou nitrogênio, parece que têm diferentes tipos de propriedades. Ou ainda tem outras coisas que podem ser líquidas, ou até se você aumentar a temperatura dessas coisas autossuficientes, se você aumentar bem a temperatura no ouro ou no chumbo você pode até obter um líquido. Ou se você queimar esse carbono, você pode ter isso em um estado gasoso, você pode liberar isso na atmosfera, pode quebrar a estrutura dele. Então, tudo isso são coisas que a humanidade observou por milhares de anos. Mas isso leva a uma pergunta natural que costumava ser uma pergunta filosófica, mas agora podemos responder um pouco melhor. E a pergunta é: se você seguir quebrando esse carbono em pedacinhos menores e menores, existe algum pedaço menor, a mínima unidade dessa coisa, dessa substância, que ainda tem propriedades de carbono? E se você quebrasse ainda mais além, você perderia as propriedades do carbono? E a resposta é: existe. É só para obtermos nossa terminologia, chamamos essas diferentes substâncias, essas temperaturas puras que têm essas propriedades específicas em certas temperaturas e que reagem de certa maneira, nós as chamamos de elementos. O carbono é um elemento, o chumbo é um elemento e o ouro é outro. Você deve dizer que a água um é elemento, e, na história, as pessoas se referiam à água como elemento, mas agora sabemos que a água feita de outros elementos básicos, ela é feita de oxigênio e hidrogênio. Todos os nossos elementos estão listados aqui na nossa tabela periódica de elementos. ''C'' representa carbono, e eu só estou mencionando os que são super relevantes para a humanidade, mas com o tempo você provavelmente vai se familiarizar com todos eles. Este é o oxigênio, este é o nitrogênio, este é o silício, e este ''Au'' é ouro. Este aqui é chumbo. A unidade mais básica de qualquer um desses elementos é o átomo. Então, se você seguir escavando e tirando pedaços menores e menores disso, você eventualmente chegaria ao átomo de carbono. Fazendo a mesma coisa aqui, você eventualmente chegaria ao átomo do ouro. Fazendo a mesma coisa aqui, você chegaria a essa bem pequena, por falta de uma palavra melhor, partícula, que você chamaria átomo de chumbo, e você não poderia mais quebrar isso e ainda chamar de chumbo, isso não teria mais as propriedades do chumbo. Só para ter uma ideia, isso é realmente algo que eu tenho problema em imaginar, é que átomos são inacreditavelmente pequenos, sério, inimaginavelmente pequenos. Então, por exemplo, o carbono. Meu cabelo é feito de carbono, na verdade, a maior parte de mim é feita de carbono. De fato, a maioria das coisas vivas são feitas de carbono. Então, se eu pegar o meu cabelo, meu cabelo é feito de carbono, meu cabelo é, na maioria, carbono. Então, se você pegar meu cabelo bem aqui, não é amarelo, mas contrasta bem com o preto. Meu cabelo é preto, mas se eu escolhesse preto você não seria capaz de vê-lo na tela, mas se você pegasse meu cabelo e eu perguntasse: ''quantos átomos de carbono, em largura, tem no meu cabelo?'' Então, se você pegasse uma seção cruzada do meu cabelo, não em comprimento, a largura do meu cabelo, e dissesse: ''quantos átomos de carbono em largura é isso?'' Aí você pode adivinhar: ''professor, você já disse que é bem pequeno, então talvez tenha 1.000 átomos de carbono aí.'' E eu diria: ''não, tem 1.000.000 de átomos de carbono!'' Ou você poderia alinhar um milhão de átomos de carbono na largura de um cabelo humano. É claro que isso é uma aproximação, não é exatamente 1.000.000, mas eu acho que isso te dá uma noção de quão pequeno um átomo é. Bom, você sabe, tire um cabelo de sua cabeça e imagine colocar 1.000.000 de coisas perto uma das outras pelo cabelo, não no comprimento do cabelo, mas na largura do cabelo, é até difícil ver a largura do cabelo. E tem 1.000.000 de átomos de carbono indo junto com isso. Agora, seria bem legal, sabemos que existe esse bloco construtor básico de carbono, esse bloco construtor básico de qualquer elemento. Mas, o que é mais interessante, é que esses blocos construtores básicos são relacionados uns com os outros. Um átomo de carbono é feito de partículas ainda mais fundamentais. Um átomo de ouro é feito de partículas ainda mais fundamentais, e eles são definidos pela maneira em que são arranjadas essas partículas fundamentais. E se você mudasse o número dessas partículas fundamentais que você tem, poderia mudar as propriedades desse elemento, como ele reagiria, ou você poderia mudar até mesmo o próprio elemento. Só para entender um pouco melhor, vamos falar sobre esses elementos fundamentais. Então, você tem o próton, e o próton é o que define o número de prótons no núcleo do átomo. Eu falarei sobre o núcleo já já. O próton é o que define o elemento. Então, é isso que define um elemento. Quando você olha a tabela periódica bem aqui, elas são, na verdade, escritas na ordem dos números atômicos, e o número atômico é literalmente só o número de prótons em um elemento. Então, por definição, o hidrogênio tem 1 próton. O hélio tem 2 prótons, o carbono tem 6. Você não pode ter um carbono com 7 prótons. Se tivesse, seria nitrogênio, não seria mais carbono. O oxigênio tem 8 prótons. Se de alguma maneira você adicionasse outro próton lá, não seria mais oxigênio, seria flúor. Então, isso define o elemento. Define o elemento e o número atômico, o número de prótons, e lembre-se, esse é o número que está escrito bem em cima de cada um desses elementos na tabela periódica. O número de prótons é igual ao número atômico. Eles colocam esse número aqui no topo porque é ele a característica definitiva de um elemento. Os outros dois constituintes de um átomo, suponho que podemos chamar assim, são elétrons e nêutron. O modelo que você pode começar a construir na sua cabeça, e esse modelo como observamos, conforme a gente explora a Química, vai se tornar mais abstrato e muito difícil de conceituar, mas, uma maneira de pensar sobre isso, é que você tem os prótons e os nêutrons que são o centro do átomo, eles são o núcleo do átomo. Então, por exemplo, o carbono já sabemos que tem 6 prótons, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Carbono-12, que é uma versão do carbono, também vai ter 6 nêutrons. Você pode ter versões do carbono com diferentes números de nêutrons, então, os nêutrons e elétrons podem mudar e você ainda vai ter o mesmo elemento. Os prótons não, se você muda os prótons, você tem um elemento diferente. Então, deixe-me desenhar o núcleo de um Carbono-12. Então, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Isso, bem aqui, é o núcleo de um Carbono-12, e às vezes será escrito assim. Às vezes eles escreverão o número de prótons também. A razão pela qual a gente escreve ¹²C, e você sabe, eu contei os 6 nêutrons, é que este é o total de prótons e nêutrons dentro de seu núcleo. Esse carbono, por definição, tem um número atômico de 6, mas podemos reescrever aqui só para lembrarmos. Então, no centro do átomo de carbono temos esse núcleo, e o ¹²C tem 6 prótons e 6 nêutrons. Em outra versão do carbono, o Carbono-14, ainda temos 6 prótons, mas aí teria 8 nêutrons, então, o número de nêutrons pode mudar. Mas esse é ¹²C bem aqui, e se o ¹²C é neutro, e darei mais detalhes para essa palavra logo também, se é neutro também terá 6 elétrons, então, deixe-me desenhar esses elétrons. 1, 2, 3, 4, 5, 6. Uma maneira, e talvez seja a única outra maneira de pensar a relação entre elétrons e núcleos, é que você pode imaginar que os elétrons meio que se movem por aí, passeando pelo núcleo. Bom, o modelo que você pode imaginar é eles meio que orbitando em volta do núcleo, mas não tão certinho assim, eles não orbitam da maneira com um planeta orbita em volta do Sol, mas é um bom ponto de partida. Outra maneira de ver, é que eles estão meio que pulando pelo núcleo ou se agitando em volta do núcleo. Isso é só porque na realidade se torna algo muito estranho nesse nível, e teríamos que adentrar no campo da física quântica para entender o que o elétron está fazendo, mas um primeiro modelo para sua cabeça é que no centro desse átomo você tem esse núcleo, você tem esse núcleo bem ali, e esses elétrons estão pulando em volta desse núcleo. E a razão pela qual esses elétrons não saem do núcleo, por que eles estão meio que conectados com esse núcleo e fazem parte desse átomo, é que prótons tem uma carga positiva e elétrons tem uma carga negativa, e essa é uma dessas propriedades dessas partículas fundamentais. Quando você começa a pensar o que é fundamentalmente uma carga, tudo começa meio que ficar profundo, mas uma coisa que sabemos quando falamos de força eletromagnética é que forças diferentes se atraem, então, a melhor maneira de pensar sobre isso é: prótons e elétrons, porque eles têm cargas diferentes, se atraem. Nêutrons são neutros, então eles só estão aqui soltos dentro do núcleo, eles sim afetam as propriedades em algum nível de alguns átomos de certos elementos. Mas a razão de por que os elétrons simplesmente não vão por aí é porque eles são atraídos. Eles são atraídos na direção do núcleo, e eles têm uma velocidade incrível, eu acho que você pode dizer que ele está pulando em volta o suficiente que ele não quer cair no núcleo. Eu acho que isso é uma maneira interessante de pensar sobre isso. Então, eu mencionei ¹²C bem aqui definido pelo número de prótons. O oxigênio é definido por ter 8 prótons. Mais uma vez, elétrons podem interagir com outros elétrons, eles podem ser tirados de outros átomos. E isso é o que forma muito do nosso entendimento sobre química, é baseado em quantos elétrons tem um átomo ou certo elemento tem, e como esses elétrons são configurados ou como os elétrons dos outros elementos são configurados, ou talvez outros átomos deste mesmo elemento. Começamos a prever como um átomo de um elemento pode reagir com outro átomo desse elemento, ou um átomo de um elemento, como ele poderia reagir ou como ele poderia se conectar ou não, ou ser atraído, ou repelido por outro átomo de outro elemento. Então, por exemplo, vamos aprender sobre isso mais tarde, é possível que um átomo em algum lugar tire um elétron de um carbono por qualquer razão, e falaremos de certos átomos neutros, de certos elementos terem uma afinidade maior por elétrons que outros. Então um, talvez um deles troque um elétron por um carbono, então, esse carbono terá menos elétrons que prótons, então, teremos 5 elétrons e 6 prótons, e teremos uma rede de carga positiva. Então, esse ¹²C, a primeira versão que eu fiz, eu tinha 6 prótons, 6 elétrons e as cargas que se cancelavam. Se eu perco um elétron, eu só tenho 5 deles, então eu teria uma rede de carga positiva. Falaremos muito sobre isso mais tarde no decorrer dos nossos vídeos de química, mas eu espero que você já esteja vendo como isso está começando a ficar super legal, já podemos chegar a esse fundamental bloco construtor chamado átomo. E o que é ainda mais legal é que esse fundamental bloco construtor é construído de ainda mais fundamentais blocos construtores, e todas essas coisas podem ser trocadas de lugar, para transformar as propriedades de um átomo, ou mesmo de um átomo de um elemento para o átomo de outro elemento.