Energia Ionizante
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Um dia você decidiu subir em uma árvore do seu quintal. Talvez você tivesse oito anos; talvez tenha sido ontem. De qualquer forma, você superestimou suas habilidades de escalada e, assim que estava alcançando o galho superior, caiu no chão. Algumas dolorosas horas depois, você está em uma sala de raios-X, coberto por um avental de chumbo, esperando que seu braço seja radiografado . Por que você teve que usar aquele avental de chumbo? Qual é a confusão sobre os raios X? Você não podia senti-los. Eles não doeram quando as fotos foram tiradas. O que eles estavam fazendo com seu braço? Nesta lição, vamos cobrir apenas o que esses raios X estavam fazendo aos átomos em seu braço e o que os torna potencialmente prejudiciais. Também vamos expandir esse conhecimento para a tabela periódica para que possamos usá-la para fazer previsões sobre os átomos.
O Espectro Eletromagnético
Você aprendeu anteriormente que, quando um átomo absorve energia, seus elétrons se movem para níveis externos de energia. Quanto mais energia um átomo absorve, mais energia o elétron absorve e mais longe ele irá. Posso ter deixado uma pergunta sem resposta, porém, porque nunca disse o que acontece quando um átomo absorve muita energia. Estou prestes a explicar isso, mas primeiro, vamos começar revisando algumas das formas de radiação eletromagnética – esta é a fonte da energia.
A radiação eletromagnética é apenas uma forma de energia que viaja pelo espaço. Existem muitos tipos diferentes que possuem diferentes quantidades de energia. Por exemplo, toda luz visível tem uma quantidade média de energia, a luz vermelha tendo a luz mais baixa e a luz violeta a mais alta. A radiação eletromagnética que tem ainda mais energia do que a luz violeta é a luz ultravioleta (UV). Você pode saber que a luz ultravioleta pode ser ruim para você, mas o motivo é que ela carrega quantidades muito altas de energia. Mais alta do que os raios ultravioleta é a energia dos raios X, e ainda mais alta do que a radiação dos raios gama .
Ionizacao
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Então, o que todas essas formas de radiação eletromagnética fazem aos átomos? As formas que têm energias baixas apenas excitam os elétrons dos átomos, o que faz com que eles se movam para níveis de energia mais elevados, eventualmente caindo de volta e liberando energia. No entanto, se muita energia for adicionada a um átomo, os elétrons não irão apenas para um nível de energia mais alto, eles deixarão o átomo por completo! É isso aí. Foi.
Então, quanta energia é necessária para remover elétrons de um átomo? Bem, isso depende do tipo de átomo. Essa quantidade de energia é tão importante que tem um nome especial: energia de ionização. Energia de ionização é a quantidade de energia necessária para remover um elétron de um átomo. O elétron com maior probabilidade de deixar o átomo primeiro é o que já está mais distante, portanto, quando se torna ionizado , está perdendo um elétron externo. Como cada átomo é estruturado de maneira um pouco diferente, cada átomo terá uma energia de ionização diferente. Você não precisa memorizar as quantidades específicas de energia para cada átomo, mas deve ser capaz de identificar e explicar as tendências de energia de ionização conforme você desce os grupos ou entre os períodos da tabela periódica.
Tendências de Grupo
Lembre-se de que um grupo na tabela periódica é apenas uma coluna. Primeiro, vamos comparar as energias de ionização de átomos na mesma coluna. Para fazer isso, quero que você imagine que um átomo é um banco cheio de guardas de segurança no porão – esses serão prótons no núcleo. Os elétrons serão representados como dinheiro localizado em diferentes andares do banco, que são nossos níveis de energia. Ladrões estão tentando roubar esse dinheiro, o que faria com que o banco ficasse ionizado. Além disso, deve fazer sentido que, quanto mais fácil for algo, menos energia será necessária para fazê-lo. Então, vamos determinar quão fácil será para os ladrões roubarem o dinheiro do banco ou quão fácil é remover um elétron de um átomo.
Como você deve saber, conforme descemos uma coluna na tabela periódica, os átomos ficam maiores porque têm mais níveis de energia (que são os andares de nosso banco). Também temos mais guardas de segurança (prótons), mas eles estão todos no porão (o núcleo) e eles realmente teriam problemas para parar um ladrão que caiu no telhado e está tentando roubar dinheiro do último andar. Então, quanto mais andares o banco tiver, mais fácil é para os ladrões roubarem o dinheiro do andar de cima, porque os seguranças não têm tanto controle sobre os andares de cima quanto têm nos andares mais próximos do porão. Em termos de química, quanto maior for um átomo, menor será sua energia de ionização. À medida que descemos uma coluna na tabela periódica, os átomos ficam maiores, então, conforme você desce um grupo (ou coluna) na tabela periódica, a energia de ionização diminui. Isso ocorre porque esses prótons estão tão distantes dos elétrons externos que sua atração é muito fraca.
Tendências Periódicas
A seguir, compararemos os átomos em um período. Lembre-se de que é apenas quando você desce uma coluna que novos níveis de energia (ou andares) precisam ser adicionados, portanto, vamos comparar bancos com o mesmo número de andares, mas com um número crescente de seguranças. Qual banco você acha que será mais difícil de roubar: um com dois andares e quatro seguranças ou um com dois andares e dez seguranças? Acho que seria preciso muito mais energia para roubar um banco com dez seguranças do que quatro. Assim, dado que o número de andares (níveis de energia) permanece o mesmo, o banco com mais guardas de segurança (prótons) seria o mais difícil de roubar. Em termos de química, dado o mesmo número de níveis de energia, quanto mais prótons um átomo tem, maior será sua energia de ionização, então, à medida que você se move através de um período na tabela periódica, a energia de ionização aumenta. O néon tem uma energia de ionização mais alta do que o berílio: o néon tem dez guardas de segurança em dois andares e o berílio tem apenas quatro guardas de segurança em dois andares.
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Os efeitos da radiação ionizante
A radiação eletromagnética que tem a energia da luz ultravioleta ou superior (raios X e raios gama) é prejudicial aos tecidos vivos porque pode fazer com que os átomos percam seus elétrons. Mais tarde, você aprenderá que os elétrons são basicamente a ‘cola’ que mantém os laços juntos. Se as ligações começam a perder elétrons, elas começam a se quebrar. Se você tiver ligações suficientes para quebrar, especialmente no DNA, podem ocorrer mutações ou até mesmo a morte celular. Isso é bom e ruim. Mutações no DNA da radiação ionizante podem causar câncer. No entanto, a radiação ionizante pode ser usada em locais muito específicos no tratamento do câncer, matando as células cancerosas.
Resumo da lição
As tendências mencionadas nesta lição são muito gerais. Sempre haverá exceções aqui e ali. Não se preocupe em memorizar as exceções, mas sinta-se à vontade para explicar qual é a tendência e por quê.
Portanto, para revisar: conforme você se move de cima para baixo no mesmo grupo ou coluna na tabela periódica, a energia de ionização diminuirá, o que significa que será cada vez mais fácil remover o elétron externo de um átomo. Isso ocorre porque esses elétrons estão sendo removidos cada vez mais longe do núcleo à medida que os átomos aumentam de tamanho. Conforme você se move da esquerda para a direita no mesmo período ou linha da tabela periódica, a energia de ionização aumentará. Isso ocorre porque os elétrons estão todos localizados nos mesmos níveis de energia, então os elementos com mais prótons (aqueles do lado direito) terão uma atração maior sobre os elétrons externos, tornando mais difícil removê-los dos átomos.
Resultados de Aprendizagem
Depois de assistir a esta lição, você será capaz de:
- Defina a radiação eletromagnética e explique por que parte dela pode ser prejudicial
- Defina a energia de ionização e descreva a tendência da energia de ionização em grupos e períodos da tabela periódica