1 2.ª Parte Escola Secundária de José Saramago FQA – 10º ano 2011/12 Marília Peres 1 A origem dos Elementos A origem dos Elementos Químicos Químicos Marília Peres 2
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2.ª Parte
Escola Secundária de José Saramago
FQA – 10º ano 2011/12
Marília Peres1
A origem dos Elementos A origem dos Elementos QuímicosQuímicos
Marília Peres 2
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Hoje sabemos que um fotão pode originar uma
partícula de matéria e
A matéria surgiu a partir dos fotões! A matéria surgiu a partir dos fotões!
aantimatéri matéria fotão
partícula de matéria e outra de antimatéria.
Quando uma partícula de antimatéria colide com a sua
oposta de matéria
3
oposta de matéria, aniquilam-se mutuamente
sendo convertidas num fotão (energia).
Fonte: http://atlas.ch/angels-demons/3.html
Por que razão a matéria não foi toda aniquilada pela antimatéria?
Os físicos pensam que num estádio inicial do Universo houveuma quebra espontânea de simetria na transformação dosfotões em matéria e antimatéria, tendo resultado um excesso,muito pequeno de matéria.
Felizmente vivemos num mundo de matéria!!
É possível criar antimatéria na Terra. O CERN já o fez!
4Fonte:
http://algol.fis.uc.pt/quark/viewtopic.php?f=7&t=172
j
A antimatéria é utilizada, em medicina, na tomografia por emissão de positrões (PET).
Adaptado de Amália Fabião
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A propósito de matéria e antimatéria … O Modelo Padrão
Fonte: http://www.lip.pt/~pedros/aux/psilva_LHC.pdf
5Adaptado de Amália Fabião
Como é que se formaram os primeiros Como é que se formaram os primeiros átomos ?átomos ?
A formação dos núcleos atómicos no Universo foi resultado dereações nucleares nas estrelas.
Em 1 segundo o sol
FUSÃO NUCLEAR: Processo de produção de energia nas estrelas
Em 1 segundo o sol (t =15 MºC) produz maisenergia que o homemconsumiu nos últimos10.000 anos
Fonte: JET
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As reações nucleares
Reaçõesquímicas
Reaçõesnucleares
Os núcleos dos átomos não são alterados.
Os elementos químicos
Os núcleos dos átomos são alterados.
Os elementos químicos mantêm-se.
Há transformação de uns elementos noutros diferentes.
Outra diferença importante ! A energia posta em jogo nas reações nucleares é milhões de vezes superior à que é posta em jogo na reações químicas.
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Quais são as partículas subatómicas? Como se representam?
Partícula Símbolo Notação qAZ x
Protão p
Neutrão n
Eletrão e- ou β-
Positrão e+ ou β+
01-01 ou e
0101 ou e
Hou p 11
11
n10
8
Neutrino ν 00
Antipartícula do eletrão
Vamos pensar parapreencher a coluna.
Lê-seniú
Adaptado de Amália Fabião
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As reações nucleares
Na escrita das equações correspondentes às reações nucleares deve-se ter em conta:ç
a lei da conservação do número de nucleões – a soma dos números de massa deve ser igual nos dois membros da equação.
a conservação da carga total – a soma dos números atómicos deve ser igual nos dois membros da equação.
EnergiaHepLi 42
11
73 2
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A origem dos elementos químicos
Big Bang originaUniverso de:
EspaçoTempoEnergia
Partículas elementares:Quarks, neutrinos e
electrões
por expansão e consequente arrefecimento
originaEnergia o g a
Núcleos atómicos
Electrões livres
Primeiros átomosH – 2/3He – 1/3
em contínua expansão e
arrefecimento, surgem
sempre expandindo e arrefecendo,
aparecem
expandindo, arrefecendo e por
acção da gravidade surgem
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A origem dos elementos químicos
Marília Peres 11
A origem dos elementos químicos
Fase principal da vida da Estrela
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nHeHH 10
32
21
21 HepH 4
211
31
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A origem dos elementos químicos
Big Bang originaUniverso de:
EspaçoTempoEnergia
Partículas elementares:Quarks, neutrinos eelectrões
por expansão e consequente arrefecimento
originaEnergia o g a
Núcleos atómicos
Electrões livres
Primeiros átomosH – 2/3He – 1/3
em contínua expansão e
arrefecimento, surgem
sempre expandindo e arrefecendo,
aparecem
Nuvens GaláxiasEnxames de galáxiasPrimeiras estrelas
Estrelas tipo Sol
Estrelas gigantes
expandindo, arrefecendo e por
acção da gravidade surgem
evoluindo as estrelas para
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A origem dos elementos químicos
Nuvens GaláxiasEnxames de galáxiasPrimeiras estrelas
Estrelas tipo Sol
Estrelas gigantes
expandindo, arrefecendo e por
acção da gravidade surgem
evoluindo as estrelas para
nas quais se dão
Reacções NuclearesH He
Núcleo contrai-se e aqueceEstrela expande-se
quando o H acaba no núcleo da
estrela
originando Gigantes vermelhas
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A origem dos elementos químicos
Fase de estrela gigante vermelha
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(Corrêa; 2007)
Gigantes vermelhas e fusão nuclear do hélioGigantes vermelhas e fusão nuclear do hélio
3 4He 12C + 7,03 x l09 kJ /mol
Química A - Ano 1 16
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A origem dos elementos químicos
Estrela tipo Sol(M < 8 Mo)
Reacções nuclearesHe C, O
ocorrem
se forGigantes vermelhas
( 8 o) , O
Anã brancaevolui para
Estrela gigante(M > 8 Mo)
Reacções nuclearesHe C, O
Ne, Mg Si, S, FeAcabam as reacções no núcleo da estrela
ocorrem
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A origem dos elementos químicos
Fase de estrela supergigante vermelha
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A A formação estelar de elementos químicosformação estelar de elementos químicos
Mais tarde, outras estrelas nascem a partir de nuvens de
hidrogénio, enriquecidas agora com os elementos resultantes
de estrelas já desaparecidas, e nessas novas estrelas
sintetizam-se, por sua vez, os restantes elementos químicos.
Nucleossíntese primordial Do “Big Bang” até às proto-estrelas
Nucleossíntese estelar Durante a vida das estrelas
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Nucleossíntese interestelar Depois da morte das supernovas
A origem dos elementos químicos
Estrela gigante(M 8 M )
evolui paraSupernova
(M > 8 Mo)
Explosão da superfície
Contracção do núcleo Estrela gigante inicial
(M < 25 Mo)Pulsarevolui para
Reacções nucleares na superfície durante a explosão
Formação de todos os elementos com Z > 26 (Fe)
Estrela gigante inicial(M > 25 Mo)
Buraco negroevolui para
se
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Os elementos que formam o nosso qcorpo, como o cálcio dos ossos, o ferro
do sangue e todos os outros elementos, foram gerados no interior
das estrelas, na matéria que delas resultou.
Marília Peres 21
Somos Somos feitos de feitos de S sS s f sf smatéria matéria cósmicacósmica; ; ““somos somos poeiras de poeiras de
estrelasestrelas”.”.
Marília Peres 22
Carl Sagan
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Distribuição Distribuição dos elementos químicos no Universodos elementos químicos no Universo
O elemento maisO elemento mais abundante é o hidrogénio, com 60,3% (88,6% em número de átomos) e em seguida o hélio, com 36,5% (11,3% em número de átomos).
Química A - Ano 1 23
Distribuição Distribuição dos elementos químicos no Universodos elementos químicos no Universo
Química A - Ano 1 24
Consulte: http://media.open2.net/periodictable/preview-full/
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O que é a Fusão Nuclear?
Junção de 2 núcleos pequenos com obtenção de um núcleomaior, de menor massa que o conjunto dos núcleos iniciais.
Protão
Neutrão
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EnergiaeHeH 01
42
11 24
O que é a Fissão Nuclear?
Um núcleo grande, instável, divide-se em 2núcleos mais pequenos, e mais estáveis.
Energiana 10
14056
9336
10
23592 3BKrnU
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O que é a Fissão Nuclear?
É uma reacção em que se bombardeiam os núcleos deátomos “pesados” com neutrões.
Obtê lt d d i f t dObtêm-se como resultados dois fragmentos de massasemelhantes e emissão de neutrões.
Estes por sua vez voltam a bombardear outros núcleos,produzindo-se assim uma reacção em cadeia.
Marília Peres 27
Consulte: http://phet.colorado.edu/en/simulation/nuclear-fission
Fusão
núcl
eo
A Energia Nuclear tem origem na conversão da A Energia Nuclear tem origem na conversão da massa dos núcleos em energiamassa dos núcleos em energia
Fissão dos Núcleos Pesados
rgia
de
ligaç
ão d
o
D
THe
nFusão
nU
n
Fissão
Numero Atómico
Ener
Fonte: JET
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Esquema de uma Central Nuclear de Fissão29
Marília Peres
Consultar: http://wps.prenhall.com/esm_mcmurry_chemistry_5/73/18724/4793409.cw/index.html(VARANDAS; s.d.)
Fusão Nuclear: que Futuro?30
O ITERITER (“InternationalThermonuclear Experimental p
Reactor”) é o primeiro reactor é o primeiro reactor experimental de fusãoexperimental de fusão, da
configuração tokamak, concebido e projectado no
âmbito de um Protocolo assinado entre a “European
Atomic Energy Community” e os Governos do Japão
Marília PeresDesenho esquemático do ITER (Fonte: IST)
os Governos do Japão, Estados Unidos e União
Soviética.
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Fusão Nuclear: que Futuro?31
Marília Peres
Esquema de uma central de Fusão Nuclear (Varandas; s.d.)
As aplicações das reacções nucleares
Marília Peres 32